一種新技術(shù)，利用自身的能源處置污泥，有機質(zhì)轉(zhuǎn)化率超過99%，從根本上實現(xiàn)污泥的無害化、減量化處理和資源化利用。請關(guān)注——
隨著中國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，污水處理設(shè)施建設(shè)得到快速發(fā)展，但污水處理后所產(chǎn)生的污泥也隨之增多。截至2014年，中國城鎮(zhèn)污水處理廠所產(chǎn)生的污泥量已突破3500萬噸/年，平均每天產(chǎn)生近10萬噸，并以8%的年增長率上升。
現(xiàn)有處理辦法各有缺陷
“污泥作為城市污水處理后的產(chǎn)物，有害物質(zhì)富集，如果不進行徹底無害化處理，隨意堆放或簡單處理會存在較高的二次污染風(fēng)險，破壞土壤、大氣和水資源。”新奧能源研究院院長、國家“千人計劃”專家朱振旗博士在接受科技日報記者采訪時一針見血指出，“目前污水處理行業(yè)，重水輕泥現(xiàn)象嚴(yán)重。不處理污泥，污水處理幾乎是無用功，無非是污泥物在污水處理廠轉(zhuǎn)了一圈，又回到環(huán)境中。部分污泥中的重金屬滲入水體后還可能通過魚、蝦等食物鏈，回到餐桌上。”最新出臺的“水十條”，已將污泥處理作為水污染治理的重中之重。
“現(xiàn)在除了焚燒沒有太好的辦法，但污泥的含水量非常高，達到80%以上，因此污泥進焚燒爐之前要有一個干化過程，無論是燒煤還是燒燃?xì)�，燃料成本都�?00多元錢。由于污泥中含有大量重金屬，焚燒還會帶來嚴(yán)重的污染排放。”朱振旗介紹說，“除了焚燒，另外的辦法就是填埋或堆肥。填埋，有地方的可以，但像京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)，地皮太貴，填埋成本很高。污泥填埋除了占地，更嚴(yán)重的問題是存在污染隱患，污泥中的有害物質(zhì)，在雨水循環(huán)作用下有可能滲透、污染地下水系。”污泥堆肥方式也存在占地面積大、周期長、產(chǎn)生溫室氣體、重金屬污染等缺點。
近年來，國內(nèi)有不少污泥再利用的示范技術(shù)，但都只能在小范圍內(nèi)使用。朱振旗說：“有人拿污泥來養(yǎng)蚯蚓，有的人來種樹，做各種東西的都有，但是量都很小。就像是二氧化碳可用來做汽水，做蘇打水，這是一種資源化利用，但這種利用的量太小，和排放量相比不占什么分量。”
由于我國垃圾分類制度不完善，很多國外通用的技術(shù)在中國并不適用，甚至?xí)斐啥挝廴�。我國污泥的含砂量很高，有機質(zhì)很多，面臨的環(huán)境容量和所負(fù)荷污染間的矛盾相當(dāng)突出。所以，找到并推廣適合國情的無害化處理技術(shù)是關(guān)鍵。
創(chuàng)新超臨界技術(shù)實現(xiàn)破局
針對傳統(tǒng)污泥處理方式普遍存在土壤、地下水及大氣污染的現(xiàn)狀，新奧能源研究院歷經(jīng)七年自主研發(fā)出國內(nèi)首個對污泥廢水無害化處理的超臨界水處理技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于污泥、危廢、難降解廢水的處理，僅申請的專利技術(shù)已達到70余項。
所謂超臨界，是指流體物質(zhì)的一種特殊狀態(tài)。“當(dāng)水的溫度達到374攝氏度以上，壓力達到220個大氣壓以上，水達到超臨界狀態(tài)，能與有機物完全互溶。”朱振旗通俗地解釋，“超臨界就跟高壓鍋差不多，高壓鍋把所有有機的東西，全部給蒸爛了，把分子都打碎，打成最小了，就是氣體了。同時又可回收利用壓力和余熱。所注意的就是要解決好裝備的耐腐蝕問題，新奧在這方面進行了大量的新材料研究和試驗。”
超臨界水處理技術(shù)充分利用污泥中的有機質(zhì)熱量，實現(xiàn)污泥中污染物徹底處理，免去了傳統(tǒng)技術(shù)的高能耗干燥過程。與焚燒法、生化處理等傳統(tǒng)處理技術(shù)不同，超臨界水處理技術(shù)利用超臨界水對氧氣和有機物完全互溶的特性，消除了氣液界面的傳質(zhì)阻力，對有機質(zhì)進行完全氧化處理。
今年5月，由新奧投資1.2億元興建的廊坊市政污泥處理項目已正式運營，污泥處理能力達到240噸/天。該項目采用超臨界水處理技術(shù)，將污泥中的有機質(zhì)徹底分解，殺滅有害病菌，穩(wěn)定重金屬成分，處理后的污泥有機質(zhì)轉(zhuǎn)化率超99%，減容率超90%，出水清潔，可達國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，不產(chǎn)生有毒氣體，不污染土壤和地下水，從根本上實現(xiàn)污泥的無害化、減量化處理和資源化利用。
“加鈣固化填埋的成本大概是350塊錢/噸，填埋場現(xiàn)在要收200多塊錢，然后要加一些鈣，還有人工和運費。”朱振旗介紹，“現(xiàn)在通過超臨界水技術(shù)處理的成本大概是300—350元/噸，不僅成本降低了，而且實現(xiàn)了徹底無害化處理，排放的氣基本上98%是二氧化碳，1.7%左右的氮氣，百分之零點幾的氧氣，整個系統(tǒng)排氣非常干凈。”
各類高濃度危廢均可“秒殺”
比污泥處理難度更大、形勢更嚴(yán)峻的是危險廢物的處理。我國現(xiàn)已超越美國成為世界第一的農(nóng)藥生產(chǎn)大國。在農(nóng)藥生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量殘渣和高濃廢水，這些都屬于危險廢物。目前國內(nèi)農(nóng)藥高濃廢水的處理方式主要有預(yù)處理+生化、焚燒、濕式氧化等傳統(tǒng)處置技術(shù)，工藝流程長，成本高，二次污染難以消除。
“我們以超臨界水處理技術(shù)為核心，整合相應(yīng)的預(yù)處理技術(shù)，可實現(xiàn)對農(nóng)藥危廢的無害處理。”朱振旗滿懷自信地介紹，“與傳統(tǒng)處置方式相比，超臨界水處理技術(shù)反應(yīng)效率高、處理效果干凈徹底、占地面積小，成本也不貴。”
超臨界水處理技術(shù)不僅適用于農(nóng)藥行業(yè)，還適用于化工、造紙、制藥、石油開采等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年的危廢產(chǎn)生量達3000萬噸以上。“各行業(yè)的危廢，不管是水、是渣、還是泥，都可以根據(jù)危險廢物的品類和特性，整合相應(yīng)的預(yù)處理技術(shù)，實現(xiàn)無害化處理和再生利用。”朱振旗說。
超臨界技術(shù)如何“除”污泥而不染？
7月29日，由國內(nèi)環(huán)境保護領(lǐng)域知名專家，包括中國水利水電科學(xué)研究院院士王浩、同濟大學(xué)教授戴曉虎、北京市城市排水集團總經(jīng)理楊向平、北京市政設(shè)計院研究總院副總工程師杭世珺等7人，共同就新奧科技發(fā)展有限公司（以下稱，新奧科技）的“超臨界水處理市政污泥及危險廢物技術(shù)”進行了鑒定，并給出了鑒定意見，認(rèn)為，超臨界技術(shù)路線新穎、先進，為我國市政污泥及危險廢物的處理提供了一條新途徑，其經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益顯著。
所謂超臨界水處理市政污泥及危險廢物技術(shù)，是利用水在超臨界狀態(tài)下反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全和換熱效率高的特性，對高水含量含碳廢棄物進行處理的過程。該技術(shù)適宜處理高水含量的市政、工業(yè)污泥（水分85%以上）和制藥、堿渣廢液、染料和煤化工行業(yè)的高濃度難降解廢液�？蓪崿F(xiàn)低成本徹底處理污染物，杜絕二次污染（碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氫轉(zhuǎn)化為水，氮轉(zhuǎn)化為氮氣，硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽在灰分中穩(wěn)定化），經(jīng)此項技術(shù)處理后的市政污泥、抗生素，有機質(zhì)轉(zhuǎn)化率超過99%，減容率超過90%，出水清潔，可達國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，此外，還可以充分回收污染物中的熱量。
據(jù)悉，新奧科技于2011年建成國內(nèi)最大的超臨界中試平臺（6噸/天），利用該平臺先后完成市政污泥、印染污泥、抗生素藥渣、堿渣廢液、焦化廢水、制藥釜殘液等污染物的超臨界水處理工藝開發(fā)。7月29日的鑒定活動即是主要針對新奧科技位于河北省廊坊龍河工業(yè)園的超臨界污泥示范裝置，在由王浩簽字的鑒定意見中顯示，新奧科技完成了工業(yè)示范大型超臨界反應(yīng)器，其超臨界技術(shù)處理市政污泥和危險廢棄物的工業(yè)示范裝置已經(jīng)做到了連續(xù)穩(wěn)定運營，而且“無機化率≥99%、固相減容率＞90%，灰分中碳含量＞2%，重金屬轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定氧化態(tài)，尾氣中二噁英類＜0.02ngTEQ/Nm3，SO2＜5mg/N m3、NOx＜1 mg/N m3排水指標(biāo)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。”
對于獲得鑒定好評的超臨界技術(shù)，新奧能源研究院院長朱振旗表示，污泥治理不易，但是“越難的事，就越能體現(xiàn)出技術(shù)的好處。”他認(rèn)為，治理污泥時，焚燒易產(chǎn)生大氣問題而且燒前的干化過程又耗能、耗錢，而生物方法又易產(chǎn)生無法處置的廢液，尤其對于液態(tài)危險廢棄物則問題更多；但是，超臨界技術(shù)就可以避免這些問題，相當(dāng)于用化工的手段來實現(xiàn)治理，利用水的超臨界狀態(tài)，讓污泥在水里面反應(yīng)，污泥有機物中的碳、氫、氧、氮、硫分別轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氫變成水、硫酸根、磷酸根，重金屬變成金屬氧化物固化下來，同時生成不溶于水的鹽類固體顆粒，也會隨流體排出。
值得一提的是，超臨界技術(shù)下物料與氧氣反應(yīng)升溫，所產(chǎn)生的熱量又可以反作用于原來的物料，繼續(xù)推動反應(yīng)進行，而且最后剩余物也可以作為再生材料用于生產(chǎn)生活，例如，經(jīng)超臨界技術(shù)處理的市政污泥，分化之后可用其剩余物制作路政磚或者水泥廠添加劑，其碳含量在0.5%以下。既解決環(huán)境問題，也能帶來一定的經(jīng)濟效益。
鑒定意見中最后提及“該技術(shù)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)專利22項。為我國市政污泥及危險廢棄物處理提供了一條新途徑，經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益顯著。建議加快技術(shù)推廣，實現(xiàn)該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。”超臨界技術(shù)或預(yù)示出了未來市政污泥及危險廢物治理的新趨勢。
超臨界水技術(shù)：用沒有火焰的燃燒處理廢棄物
- 中國網(wǎng) www.china.com.cn 2014-01-22
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■新知
據(jù)美國航空航天局網(wǎng)站報道，當(dāng)消防隊員們試圖撲滅火焰時，他們會用水槍。然而國際空間站上的宇航員們卻正在進行著一項完全相反的實驗——嘗試用水來點火，而不是滅火。
美國航空航天局設(shè)在俄亥俄州的格林研究中心研究員麥克·希克斯表示：“我們將其稱作超臨界水，它擁有一些非常不同尋常的特點。”
當(dāng)將壓強增加到217個大氣壓并同時加熱至373攝氏度時，水便會達到超臨界態(tài)。當(dāng)水超過所謂超臨界點時，普通的水分子會轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N奇異的狀態(tài)，它不是固態(tài)，不是液態(tài)也不是氣態(tài)，更像是某種“液體般的氣體”。�？怂贡硎荆�“當(dāng)超臨界水與有機物混合，就會發(fā)生氧化反應(yīng)，出現(xiàn)一種沒有火焰的燃燒過程。”擁擠繁忙的大城市、農(nóng)場、海上巨輪、空間中的載人飛船，這些特殊的地方非常需要這項技術(shù)帶來的便利。
�？怂贡硎荆�“當(dāng)我們將加水的廢棄物加溫加壓至臨界點以上，超臨界水就會打斷這些碳?xì)浠衔锏姆肿渔湣ｋS后它們便與氧氣發(fā)生反應(yīng)。”換句話說，這些黏糊糊的垃圾“燃燒”起來了。他說：“這是處理廢棄物相對較為潔凈的方式，其產(chǎn)物只有純水和二氧化碳?xì)怏w，而傳統(tǒng)的焚燒處理方式則會產(chǎn)生很多有害物質(zhì)和氣體，對環(huán)境造成危害。”
超臨界水研究中的一個問題就是鹽分的處理。在臨界點之上，任何溶于水中的鹽分都會迅速析出。如果這發(fā)生在反應(yīng)爐中，那金屬的反應(yīng)爐內(nèi)壁就會被一層鹽層覆蓋，這將嚴(yán)重腐蝕容器。�？怂贡硎荆�“對于任何一種待處理的廢棄物，我們都必須認(rèn)真研究如何應(yīng)對這些鹽分的問題。這是一項嚴(yán)重的技術(shù)障礙。”
事實上，研究如何處理廢棄物中的鹽分也正是由美國航空航天局與法國國家航天局之間合作在國際空間站上開展的一項名為“超臨界水混合實驗”的最終目的。
希克斯說：“在超臨界水研究中，重力會造成復(fù)雜的問題。而在國際空間站上則可以擺脫重力的影響，從而專注于從非常本質(zhì)的角度研究鹽分是如何從超臨界體中析出的。”他說：“事實上我們甚至有可能研究出如何從中排除這些鹽分干擾的方法。”
這項實驗借助法國研制的DECLIC設(shè)備進行，該設(shè)備安裝在國際空間站終端附近的日本實驗艙段內(nèi)。實驗于2013年7月第一周開始進行。隨后這項實驗將持續(xù)一整年，一共進行6輪實驗，每一次實驗持續(xù)時間約15天。
這項實驗的結(jié)果將具有現(xiàn)實意義。美國海軍已經(jīng)開始應(yīng)用超臨界水技術(shù)在其部分船艦上進行廢水處理，而美國奧蘭多市則開展了利用超臨界水技術(shù)來處理城市垃圾的嘗試。不過，正如希克斯所言：“我們才剛剛開始。”
