戴曉虎:污水提質(zhì)增效背景下污泥處理處置技術(shù)方案選擇
- 本文根據(jù)同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院戴曉虎院長在“2019排水大會”上發(fā)言速記整理而成,未經(jīng)本人審閱。
1 污水廠提質(zhì)增效對污泥量和質(zhì)的影響
1.1 總體發(fā)展趨勢判斷
國家發(fā)展目標(biāo):2035美麗中國基本實(shí)現(xiàn)、中等發(fā)達(dá)國家
國際關(guān)注熱點(diǎn):全球氣候變化、資源短缺矛盾加劇
生態(tài)文明建設(shè):中國名片、理念觀念的轉(zhuǎn)變
創(chuàng)新速度加快:創(chuàng)新引領(lǐng)、交叉融合、科技創(chuàng)新速度加快
1.2 污水廠提質(zhì)增效
泥質(zhì):污水的收集將來對污泥處理會帶來什么影響?我們基本判斷,一個是無機(jī)組分和現(xiàn)在相比有可能會下降或者持平,但是有機(jī)物的含量肯定會增加,從40%提升到60%-70%。
污泥量:污泥量和進(jìn)水水質(zhì)是呈正比的,未來可能會持平或者增加。但是污水當(dāng)中的BOD要求是100mg/L,未來可能會多,所以從未來污泥量的角度,特別是現(xiàn)在只有80%、50%,污泥量一定會增加。所以我覺得在這方面大家可以參考一下北京、上海、青島,BOD都是200mg/L左右,COD都是300mg/L、400mg/L。所以在這樣一個大的背景下,有機(jī)物的含量增加等等,我覺得我們在污泥處置實(shí)施規(guī)劃不能再走污水的彎路,現(xiàn)在開始應(yīng)該有很好的預(yù)測,有很好的判斷去設(shè)置一些這樣的污泥方面的設(shè)施。
污泥量增加、污泥有機(jī)物含量增加會對處理處置設(shè)施的建設(shè)有影響。
1.3 污泥“資源”與“污染”屬性
污泥物質(zhì)組成非常復(fù)雜,既含有C、N、P等資源性物質(zhì),也含有重金屬、難降解有機(jī)物、持久性有機(jī)物、微塑料等污染性物質(zhì)。污泥之所以這么難,或者說有很多研究熱點(diǎn),正是因?yàn)樗?dāng)中既有“資源”屬性,也有“污染”屬性。我們目前面臨重金屬的問題,未來可能會面臨持續(xù)性有機(jī)物的問題等等。這樣的討論其實(shí)很普遍,比如礦泉水瓶的屬性怎么判斷,是資源還是污染?我個人認(rèn)為,討論必須是客觀的,污泥肯定還是一種污染物質(zhì),不能夸大它的“資源”屬性,但是在污泥處理處置的實(shí)施、選擇,或者在科技創(chuàng)新的角度,還是應(yīng)該以無害化為前提,過程實(shí)現(xiàn)資源化最大化。我自己的判斷,隨著管網(wǎng)的建設(shè),包括提質(zhì)增效,重金屬的含量現(xiàn)在已經(jīng)在下降,也一定會繼續(xù)下降。因?yàn)楣芫W(wǎng)將來一定會對重金屬排放加大監(jiān)管,這一定是一個發(fā)展的趨勢。所以,到底污泥是“資源”屬性還是“污染”屬性,我覺得這個不是制約污泥處理處置的一個難題。
1.4 污泥穩(wěn)定化處理會加強(qiáng)
隨著提質(zhì)增效以后,污泥的有機(jī)物的含量提高了,很多問題可能就迎刃而解了。我們國家在90年代的時候曾經(jīng)提到,污水廠要實(shí)現(xiàn)回收60%的能源,現(xiàn)在國外80%,但是我們還沒有做到,為什么?因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)的含量太低,F(xiàn)在北京做到了,昨天我看大連夏家河現(xiàn)在一天有2-3萬噸的沼氣,是這個廠主要經(jīng)濟(jì)來源。但是我們國家天然氣的缺口很大,現(xiàn)在這種有機(jī)物不做回收其實(shí)很可惜,F(xiàn)在易腐有機(jī)物穩(wěn)定化處理是我國污泥處理處置的瓶頸,同時全過程處理處置資源化理念也缺乏。
1.5 污泥處理處置共性技術(shù)加強(qiáng)
再一個我認(rèn)為,污泥分為處理和處置兩個部分。在處理的部分,應(yīng)該要充分發(fā)揮脫水和穩(wěn)定的作用,降低有害風(fēng)險,實(shí)現(xiàn)因地制宜。污泥處理處置技術(shù)路線中濃縮、脫水、穩(wěn)定是污泥處理共性技術(shù)單元。
1.6 污泥處置路線的問題(爭論從未停止)
現(xiàn)在我們目前面臨最大的問題是污泥到哪去,其實(shí)截止現(xiàn)在,污泥的最終出路無非是土地利用、焚燒、填埋。
第一,土地利用在中國是否可行?這個討論中,一部分夸大它的污染屬性,另一部分夸大它的資源屬性。但是,要客觀地去看待這個問題。應(yīng)該承認(rèn),隨著我們經(jīng)濟(jì)社會水平的發(fā)展,未來這些有毒有害物質(zhì)都能去掉,但是這個是一個漫長的過程。在我們國家目前的情況下,我認(rèn)為污泥經(jīng)過很好地處理以后,進(jìn)入到土地是一個出路,這個出路最重要的是要有好的標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管。
第二,焚燒,首先要把含水率和有機(jī)物含量降下來,能耗成本較高。不否定焚燒肯定是將來最后的末端處理,但是在末端處理前的技術(shù)、理念要做好。焚燒過程中,盡管說清潔排放、零排放等等,但是不可否認(rèn),焚燒過程會產(chǎn)生大氣污染,還有一些污染是未知的。所以我覺得,從我們對未來生活的追求處出發(fā),污泥應(yīng)應(yīng)該多利用,最后有條件進(jìn)入土地,沒有條件的進(jìn)行末端處理。
填埋肯定是不可能的,因?yàn)楝F(xiàn)有的填埋場將滿負(fù)荷運(yùn)行,技術(shù)路線也是臨時過渡性的,而且無廢社會理念、填埋不符合無廢城市理念和我們未來發(fā)展趨勢。
2 污泥處理處置未來研究方向
2.1 未來發(fā)展方向
未來的發(fā)展肯定是源頭減量、過程循環(huán)利用,最后把焚燒的量,或者是把最后末端處置的量降到最低,這是未來循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)文明很重要的方向。
2.2 現(xiàn)代科技手段及多學(xué)科交叉
現(xiàn)代科技手段,特別是生物技術(shù)、材料技術(shù)和信息技術(shù),突飛猛進(jìn),這些對我們的污泥處理處置的發(fā)展來說是很好的支撐。
2.3 污泥復(fù)雜體系科學(xué)問題
污泥說上去簡單,但是比污水要復(fù)雜得多,因?yàn)樗且粋復(fù)雜、多項(xiàng)體系,物理、化學(xué)各種物質(zhì)干擾太多,比如重金屬的影響、微顆粒的影響等等,所以其實(shí)從微觀的角度是一個很復(fù)雜的體系。
2.4 文獻(xiàn)調(diào)研(論文)
另外在文獻(xiàn)我們也做了調(diào)研,應(yīng)該說污泥處理處置的研究,在整個水的板塊來說一直是熱點(diǎn)。
在利用方面,很多的研究,總體是能源的利用、物質(zhì)回收兩個方面。
國外:過去二十五年經(jīng)歷了從少到多,逐年遞增的快速增長模式;
熱點(diǎn)演變:污泥處理處置-資源化利用技術(shù)-----污泥減容技術(shù)、污泥穩(wěn)定化技術(shù)一直是研究熱點(diǎn)
國內(nèi):過去十五年經(jīng)歷了從無到有,逐年遞增的快速增長模式,尤其是2006年后,文獻(xiàn)數(shù)量呈指數(shù)增長模式;
熱點(diǎn):污泥穩(wěn)定化技術(shù)-----污泥熱處理技術(shù)-------污泥減容技術(shù)、污泥資源化利用技術(shù)
2.5 研究熱點(diǎn):梯級利用
2.6 研究熱點(diǎn):污泥脫水
1噸污泥(99%含水率):
污泥濃縮:含水率從99%下降到95%,將減少到200公斤
污泥脫水:含水率從95%下降到80%,將減少到50公斤(水40kg)
污泥深度脫水:可將含水率降低到60%,減少到25公斤(水15kg)
污泥干化:含水率降至40%以下降至17公斤(水7kg)
污泥焚燒:灰渣5-7 kg
污泥脫水技術(shù)研究
2.7 厭氧消化研究
厭氧消化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)污泥資源化回收的主流技術(shù)。
高氨氮脅迫下,與氨遷移轉(zhuǎn)化和氨基酸代謝有關(guān)的基因相比穩(wěn)定階段相對豐度更低
產(chǎn)甲烷途徑:乙酸利用型、甲醇利用型、氫利用型
通過宏基因組的分析,高氨氮脅迫下,促進(jìn)了乙酸氧化成H2和CO2,促進(jìn)了甲醇生成甲基,促進(jìn)了氫利用型生成甲基,但是甲基轉(zhuǎn)化甲烷途徑受到抑制
高氨氮脅迫下,產(chǎn)甲烷途徑的抑制主要來源于甲基轉(zhuǎn)化甲烷途徑
強(qiáng)化污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化新技術(shù)與機(jī)制-直接種間電子傳遞途徑
納米磁鐵礦強(qiáng)化了污泥系統(tǒng)中的直接種間電子傳遞(DIET)
緩解了污泥厭氧消化系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸的積累
提升了污泥厭氧消化系統(tǒng)的甲烷產(chǎn)量(增加26.6%)
改善了污泥厭氧消化系統(tǒng)中乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌的代謝效率
2.8 污染物資源化梯級利用
污泥快速穩(wěn)定化的機(jī)制:高溫發(fā)酵微生物有機(jī)物降解與腐殖化過程?
物質(zhì)流能量流轉(zhuǎn)化機(jī)制:腐殖質(zhì)在能量、物質(zhì)代謝中扮演角色;功能物質(zhì)的合成代謝規(guī)律
2.10 研究熱點(diǎn):水熱處理技術(shù)
3 污泥處理處置技術(shù)方案思考
污泥厭氧消化生物處理+污泥干化焚燒/污泥熱解氣化
污泥厭氧消化生物處理:減量、降低含水率、穩(wěn)定化
污泥干化焚燒處理:末端處理
4 結(jié)語
目前我國污泥泥質(zhì)差,所有工藝路線均遇到瓶頸,是污泥技術(shù)路線選擇的難點(diǎn)
隨著污水廠提質(zhì)增效三年行動計劃,總體判斷:污泥量提升,有機(jī)物含量提高,污染物對污泥處理會產(chǎn)生積極作用
污泥生物處理的潛力要加強(qiáng),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和減量和脫水,熱化學(xué)處理作為末端處理
污泥污泥穩(wěn)定化要求會提升,污泥永久性設(shè)施要慎重(污泥單獨(dú)焚燒),過渡性措施(如協(xié)同處理)是目前比較好的選擇
國家會加大工業(yè)污水進(jìn)入市政污水廠的監(jiān)管,污泥有毒有害物質(zhì)會逐年降低
污水污泥中“污染物”資源化回收利用是未來發(fā)展趨勢,污泥中富集了原水中的污染物質(zhì),具有“污染”和“資源”的雙重屬性,污泥中能源物質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)的高效回收利用是未來科技創(chuàng)新的重點(diǎn)
國家全面推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),“資源循環(huán)、綠色、低碳、健康”是未來科技創(chuàng)新的重點(diǎn),從“消滅”污泥到“利用”污泥觀念轉(zhuǎn)變是核心
原標(biāo)題:給水排水 |戴曉虎:污水提質(zhì)增效背景下污泥處理處置技術(shù)方案選擇