10次督查9次违法!罚不尽的污泥问题,究竟是因为钱不到位还是技术不行?
发布时间:2023-03-02 10:06:14 来源:本站原创 作者:本站编辑 浏览次数:

近年来,我国高度重视节能减排,城镇污水处理规模日益提升,污泥产量急剧增加,但与高污水处理率形成鲜明对比的是,污泥无害化处置率仍旧处于较低水平。


回顾第二轮中央环保督察不难发现,督查组多次指出,地方长期违规处置、非法转移污泥等问题,造成了严重的环境风险隐患。

· 在第二轮第二批中央生态环保督察反馈的问题中,北京、天津、浙江3省市均被点名存在污泥违规现象;
· 在第二轮第三批中央生态环保督察启动时,在辽宁朝阳又发现一起严重的污泥处置问题,有40余万吨污泥长期违法堆存;
· 在第二轮第四批环保督察过程中,四川遂宁10余万吨污泥长期违法埋田,严重污染周边环境;
· 在第二轮第六批环保督察过程中发现,河北部分市县企业长期违规处置污泥,相关部门统筹不够,一些地方监管不力;
......

种种现象表明,当前我国污泥处理处置仍面临着较为严峻的形势,亟待落实规范性引导和常态化监督。这难免不让人深思,污泥处理处置屡屡“碰壁”,究竟是钱不到位还是技术不行?又该如何解决呢?
01
新《实施方案》印发,改善“钱不到位”的问题

城市污泥是对目前采用常规方法处理城市污水所产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物等物质的统称,处理设施的投资常常占到污水处理厂总投资的25%~40%,甚至超过 50%,城市污泥处理处置“钱”的问题已经成为迫切需要解决的重要问题

去年9月,国家发改委、住建部、生态环境部三部委联合印发了《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》。

《实施方案》共提出了了14项措施,规范污泥处理方式、提升现有设施效能、补齐设施缺口等......其中,针对如何解决“钱不到位”的问题,《实施方案》提出了2项保障措施——

1)完善价费机制:推动建立与污泥无害化稳定化处理效果挂钩的按效付费机制,鼓励政府购买服务。

2)拓宽投融资渠道:中央预算内投资加大支持力度,积极引导社会资金参与污泥处理设施建设和运营。鼓励发行地方政府专项债券、基础设施领域不动产投资信托基金(REITs)等方式支持污泥处理设施项目。

值得一提的是,《实施方案》要求到2025年,城市污泥无害化处置率达到 90%以上,地级及以上城市达到95%以上。眼前这些措施手段,虽然不能说立马解决了污泥处理处置“钱不到位”的问题,但至少在2025年前,问题将会持续得到有效改善。
02
5种污泥处理处置新技术,解决“技术不行”的问题

如何将产量大、成分复杂的剩余污泥,经过科学处理后,使其减量化、稳定化、无害化和资源化,已成为我国乃至全世界环境界广泛关注的课题之一。

从长远观点来看,一种有效的污泥处理处置方法应兼顾到环境生态效益、社会效益和经济效益的统一。

因此,寻找适合我国国情,具有投资少,占地面积小、处理效率高的污泥处理处置是十分必要的。

1、污泥热水解技术

众所周知,传统热处理一般在200~250℃,能耗较大,同时臭气、高浓度的水解液处理困难,腐蚀性及运行中易堵塞等问题导致热处理逐渐被淘汰,热水解处理技术克服了传统热处理的缺点而得到广泛应用。

热水解处理技术是污泥经高压蒸汽预处理,溶解污泥中的胶体物质,破碎细胞物质,水解大分子物质,使污泥性质发生相应的变化。

热水解处理技术的工艺流程主要包括混匀预热、水解反应和泄压闪蒸三个步骤

1)污泥首先经过离心脱水机或压滤机进行脱水使含固率达到14%~18%,用泵输送到搅拌罐中进行混匀预热,预热后的污泥约为100℃。

2)然后将污泥输送到主反应罐中,用热蒸汽对反应罐中的污泥进行加热加压,达到温度为180℃左右,压力约为10bar时反应约30min,经热水解反应能够溶解污泥中的胶体物质降低黏度,并且将复杂的有机物水解为易于生物降解的简单有机化合物。

3)最后一步为泄压闪蒸,利用反应罐中的压力和闪蒸罐中的压力差,将污泥输送到闪蒸罐中闪蒸,将闪蒸罐中产生的蒸汽回送到搅拌罐中与新污泥混匀加热,实现热回收降低能耗。

热水解污泥处理技术特点简单归纳为以下几点:

1)热水解处理技术破碎污泥中的细胞物质,释放细胞内的非自由水而改善了污泥的脱水性能。

2)热水解处理技术能够溶解污泥中一部分固体有机物,能够一定程度上减少干污泥量。

3)热水解处理技术能够将大分子物质水解为易生物降解的小分子物质,处理后的水解液中含有丰富的C1-C5挥发性脂肪酸,提高污泥的厌氧消化性能,缩短厌氧消化的停留时间,增加生物天然气产量

4)热水解处理技术杀灭污泥中的病菌等有害微生物,初步实现污泥的无害化。

2、污泥碳化技术

数据显示,碳化后污泥的高位发热值达到3243大卡/公斤,比碳化前污泥的热值减少了6.8%,污泥热值以最大限度保留,为后续资源化处置创造了有利的基础

污泥碳化是通过一定的手段,使污泥中的水分释放出来,同时又最大限度地保留污泥中的碳值,使最终产物中的碳含量大幅提高的过程。

污泥碳化分为高温碳化、中温碳化和低温碳化三类:

1)高温碳化

碳化时不加压,温度为649 982℃,先将污泥脱水至含水率约30%,然后进入碳化炉高温碳化造粒。

碳化颗粒可作为低级燃料使用,其热值为2000~3000大卡/公斤。

该技术可以实现污泥的减量化和资源化,但由于技术复杂,运行成本高,产品热值低,目前尚未有大规模的应用。

2)中温碳化

碳化时不加压,温度为426 537℃,先将污泥脱水至含水率约90%,然后进入碳化炉分解。

工艺中会产生油、反应水(蒸汽冷凝水)、气体(未冷凝的空气)和固体碳化物。

该技术可以实现污泥的减量化和资源化,但由于产物过于多样化,利用十分困难。另外,该技术是对脱水后的污泥实行碳化,经济效益不明显。

3)低温碳化

碳化前无须脱水,碳化时加压至10MPa左右,碳化温度为315℃,碳化后的污泥成液态,脱水后的含水率达50%以下。

经干化造粒后可以作为低级燃料使用,热值为3600~4900大卡/公斤。

该技术的特点是,通过加温加压使得污泥中的生物质全部裂解,仅通过机械方法即可将污泥中75%的水分脱除,极大地节省了运行中的能源消耗。

污泥全部裂解保证了污泥的彻底稳定。污泥碳化过程中保留了污泥热值,为裂解后的能源再利用创造了条件。

3、污泥超声破解技术

该技术操作条件适中,降解速度快,适用范围广,可以单独使用,也可以与其他污泥氧化技术联用,是一种很有发展潜力和应用前景的技术。

超声波泛指频率在20000Hz以上的声波,是物质介质中的一种弹性机械波,能在水中产生一系

列接近于极端的条件,如急剧放电,产生瞬间的局部高温高压和超高速射流等。
不同频段的超声波对介质的作用差异很大,适合处理污泥的是低频超声波,频率在20~100千赫之间。

由于声学特点,该频段的超声波可以在介质里产生强烈的成穴作用,大量直径100~150微米的微气泡不断形成并消失,寿命一般在400~500微秒。

微气泡消失的瞬间会产生“热点”,是一个能量密度极大而范围很小的空间,其中的温度和压力可分别达到5000℃和500bar,并且伴随着极强的水力剪切力。

在这个环境里,水分子也被电离成H+和OH- ,而后者是强氧化剂。这些因素的综合作用,使难降解物质的稳定结构被摧毁,转化成易降解物质,剩余污泥中的微生物细胞被击破,释放出碳源和催化物质,后两种物质可以投加到污水及污泥处理工艺中,强化生物过程。

4、污泥气化技术

气化技术是在极高温度(大约400oC)和缺氧条件下对污泥进行加热,将污泥分解为富能合成气体,主要包括H2、CO和CH4(气体在锅炉或熔炉中燃烧,热能被作为工艺热使用或用于发电)。

污泥气化工艺是污泥原料在气化装置中置于缺氧状态下氧化燃烧和还原,使能量转换成可燃气体的过程。

污泥气化步骤可以概括为3个过程:

干化,使残留水分蒸发;热裂解反应,细胞或高分子在裂解后得到充分挥发;气化反应过程,即碳物质的不充分氧化反应过程。

值得一提的是,固态燃料转化为气态,反应过程同时产生大量气体和水蒸气。污泥的脱气过程也称为焦化过程,过程中高分子结构被分解。这一工艺过程需要的温度是1000℃左右,产生的残渣含碳比例很低,产生的气体净化后具有较高热值,可用于发电

污泥气化反应过程在流化床气化炉中完成,气化炉温度最低要维持在900℃以上,经初步干化脱水的污泥停留30分钟左右。污泥在高温高压环境内的长时间停留,可以使污泥内的有机物分解并气化,同时发生不充分的氧化反应。产生气体的主要可燃成分是H2和CO,含量分别为15%和27%。

5、超临界水氧化技术

超临界水氧化技术是以水为介质,利用在超临界条件(温度>374℃,压强>22.1MPa)下不存在气液界面传质阻力来提高反应速率并实现完全氧化。

处于超临界状态下的水兼具液态和气态水的性质,可连续变化的密度、低静电介质常数、低黏滞度等特性使超临界水成为一种具有高扩散能力、高溶解性的理想反应介质,可以利用温度与压力的变化来协调反应速率与化学平衡、调节催化剂的选择活性等,也可以通过不同物质溶解度对超临界流体的依赖性,实现反应与分离在同一反应器内完成。

超临界水氧化技术具有如下的特点

1)水中几乎所有的有机物在几秒钟至几分钟内,与氧气或空气中的氧气进行氧化、分解,分解率为99.99%以上,有机污染物转化成无害的二氧化碳、水和氮气等

2)盐类和金属以固体形式被分离出来或回收利用,例如造纸黑液经处理后可回收碱,处理后的水也成为洁净的水。

3)当被处理的废水或废液中的有机物浓度在3%(30000毫克/升)以上时,就可以依靠反应过程中释放的反应热来维持反应所需的热量平衡,不需外界加热

4)污水在密闭环境中,反应彻底,不排放污染物,有利于有毒有害物的处理

5)处理装置可设计成小型化、可移动的设备,便于现场处理和操作。

需要特别说明的是,超临界水氧化技术开发以来,最大的技术瓶颈就是腐蚀和结垢堵塞问题。

比如,为了克服盐沉积的问题?,人们采取了一些些措施:

1)增加压力,压力增加会使超临界溶液的密度增加,盐在其中的溶解度上升;

2)在反应器中引入了可移动性表面,反应过程中沉积下来的盐粒滞留在这个可移动的表面上,通过这个表面的移动而实现盐的去除;

3)设计特殊反应器,如Moder罐式、蒸发壁反应器、膜冷双区反应器等,主要目的是反应区域所生成的盐粒须在沉积于壁面之前溶解或者使其不处于超临界条件下。
03
SCWO对比焚烧法,谁才是最有前途的污泥技术?

超临界水氧化技术(简称SCWO)是20世纪80年代由美国学者Modell提出并发展起来的一种废物处理技术,具有节能、高效、适用性强等特点,受到国内外环保工作者的瞩目。

美国国家关键技术所列的六大领域之一 “能源与环境”中更是指出,SCWO是最有前途的废物处理技术。

城镇污水厂剩余污泥产量大,含有大量的有害污染物质,处理处置困难,采用超临界水氧化法处理,可以使剩余污泥处理和处置做到无害化、减量化和资源化。

国内开始将超临界水氧化技术应用于城市污泥处理相对比较晚,主要是各所大学和重点实验室近几年才开展了这方面的实验研究。其中,西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室取得了较大的进展。


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