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污泥干化处理方式仍居首位 6种创新型污泥处理技术解析
来源:中国水网 发布者:管理 发布时间:2016-09-19

 

导读:E20研究院据项目数据统计发现,机械脱水、热干化、好氧发酵、厌氧消化以及干化焚烧的处置方式当前占比较高。在全国328污泥无害化处理处置项目中,污泥无害化处理项目中,干化的处理方式占比仍居首位。

随着国家对“绿色、循环、低碳”的技术路线的重视,厌氧消化、好氧发酵,以及干化后用于建材利用或与生活垃圾、水泥厂、燃煤电厂协同处置、综合利用的方式将有所发展。

此外,微生物水解蛋白、热解气化以及超临界水氧化等资源化的处置技术虽然目前尚未出台明确的政策支持、技术及项目尚未大规模开展,但后期值得关注。

污泥干化处理方式仍居首位

E20研究院据项目数据统计发现,机械脱水、热干化、好氧发酵、厌氧消化以及干化焚烧的处置方式当前占比较高。通过对全国328污泥无害化处理处置项目数据统计,目前污泥无害化处理项目中,干化的处理方式占比仍居首位,其中机械深度脱水占比高于能源干化的处置方式占比,其原因在于,一方面在政策的指引下,大部分污泥脱水干化项目采用了机械脱水填埋的处置路线, 另一方面大部分污水处理厂BOT价格中的污泥处理处置费用是按照填埋的方式计算,考虑到成本效益最大化,深度脱水填埋或是污水厂的最优选择。数据图下图:

图1 污泥处理工艺占比(2016年03月数据测算)

数据来源:E20研究院

众所周知,全国50%以上的垃圾填埋场已处于超负荷运转状态,污泥填埋的处置方式会随着满库容的填埋场数量增多而受阻。在生态循环的大背景下,资源化之路将逐步受到业内重视。干化方面,能源干化后的产物其含水率较低,除可用于填埋外,还可进行森林覆土、土地沙化等土地利用方面,达到污泥后端处置资源化的目的。未来在新增项目中,机械脱水项目占比或将出现下降趋势。

图2 污泥干化工艺各路线占比(2016年03月数据测算)

数据来源:E20研究院

6种新技术解析

微生物水解干化蛋白提取

污泥微生物通过水解破壁处理后,其胞内蛋白质和水分得以释放,再经过固液分离后,可到含水率35-45%(减量70%以上)、有机物消减40-50%的污泥残渣和可资源化利用的含蛋白液体。目前天津裕川环境在该方面已取得一定成绩。

图3 微生物蛋白提取流程图

污泥经水解处理后,其含蛋白液体经浓缩后可作为蛋白发泡剂和有机肥等利用,污泥残渣可用做覆土、绿化土、土壤改良剂和建筑材料等。

图4 微生物蛋白提取后端处置路线

值得注意的是,蛋白质提取工艺中保证了重金属不会进入蛋白质,而蛋白可以用于工业制品,也可以进入农业,但这些也都要企业自身完成产业链整合的工作。目前裕川环境的污泥蛋白质提取工艺已成功运用,后期有望通过产业链上企业间的有机协调,打通蛋白进入农业的后端产业链。

热水解+厌氧消化

热水解预处理技术是以含固率15%~20%的脱水污泥为对象进行的厌氧消化技术。具体而言,该工艺是通过高温高压热水解预处理,以高含固的脱水污泥(含固率15%~20%)为对象的厌氧消化技术。工艺采用高温(155℃~170℃)、高压(6bar)对污泥进行热水解与闪蒸处理,使污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生水解、并破解污泥中微生物的细胞壁,强化物料的可生化性能,改善物料的流动性,提高污泥厌氧消化池的容积利用率、厌氧消化的有机物降解率和产气量,同时能通过高温高压预处理,改善污泥的卫生性能及沼渣的脱水性能、进一步降低沼渣的含水率,有利于厌氧消化后沼渣的资源化利用。此工艺已在欧洲国家得到规模化工程应用。

与传统消化相比,该工艺具备以下特色:(1)有机物转化率高(2)无害化水平提高,完全杀灭病原菌,泥饼达到A级;(3)PH略高,可降低沼气中的H2S和CO2浓度,使CH4含量提高;(4)减少污泥体积,提高污泥稳定性。

太阳能低温复合膜干化

利用太阳能作为能源,将含水率80%~85%的脱水污泥均匀布入密闭的太阳能膜箱内,膜箱上表面为高透光率的太阳能低温复合疏水膜,在太阳光照射下膜箱内温度升高,与外界形成一定的温差,污泥吸收热能后实现水分蒸发,水雾在低温复合疏水膜表层冷凝成液态水并流至集水管,蒸馏出水可回用或直接排放,得到含水率低于8%的干化污泥。

干化过程中污泥物料内水分的蒸发与冷凝均无动力消耗,实现节能环保。污泥处理后的干渣含水率很低,可直接用于制造活性炭,性价比较普通活性炭更高。此外,针对一般污泥中含有的寄生虫卵这一无害化处理的难题,该工艺通过复合膜技术,不需添加任何辅助化学药剂,使病原微生物等致病物质在密闭的膜箱空间内,被太阳光紫外线有效处理。金山环保利用该技术已在宜兴建立了100吨/天的污泥处理处置项目,并已稳定。

超临界水氧化技术

超临界水氧化技术工艺流程为在超临界水氧化系统内,污泥首先进行预处理,配置成泥浆并将浓度调整至设计值,然后经过高效预热系统与来自高温反应后物料进行换热,达到反应温度后进入超临界反应装置。在超临界水状态下物料与氧气充分接触,物料中有机质与氧气在短时间内完成氧化反应,反应后产物作为热源给冷物料换热,多余热量可通过蒸汽回收,换热后的产物再经过分离系统实现气-液-固三相分离。

超临界水氧化技术原理为水的临界点是温度374.3℃、压力22.05MPa,如果将水的温度、压力升高到临界点以上,即为超临界水(SCW),其密度、粘度、电导率、介电常数等基本性能均与普通水有很大差异,表现出类似于非极性有机化合物的性质。因此,超临界水能与非极性物质(如烃类)和其他有机物完全互溶,同时超临界水还可以和空气、氧气、氮气和二氧化碳等气体完全互溶,而无机物特别是盐类在超临界水中的电离常数和溶解度则很低。目前新奥环保已在廊坊的污泥处理处置企业自建示范项目中将该技术进行了应用。

热解气化

污泥热解气化技术是将污泥热解气化作为污泥处置的核心技术,以烘干、造粒、尾气处置、废渣利用为依托的系统工程。该技术工艺流程为:与处理后的污泥经过低温烘干,去除污泥表面的附着水及内含水。烘干后的污泥在热解气化之前完成造粒,制成棒状或片状的均匀颗粒,烘干废气进入气化系统,造粒后的污泥进行热解气化,污泥中的有机物被气化成可燃气体,无机物以残渣的形式排出。可燃气体燃烧处理,可以利用能量,同时将有害物质转换为烟气,干净的热解气供应给发动机或者燃气轮机;热解出的固体残渣性能稳定,可耐强酸腐蚀,而重金属被固化在内较难析出,由于其容易湿润,所以出渣装置需配备防堵塞措施。

图5 污泥热解气化工艺路线图

热解气化技术在生活垃圾处理领域已有应用,并被誉为“第三代垃圾处理技术”,目前已有桑德集团、神源环保(神雾集团)等一批企业进入垃圾热解气化领域。与生活垃圾相比,污泥的热值相对较低,后端资源化、能源化的处置方式或从成本经济的角度考虑,有所阻碍,热解气化技术在污泥领域的发展还有待观察。

蚯蚓堆肥

蚯蚓堆肥技术是在污泥堆肥的基础上引入蚯蚓,蚯蚓以合适的营养物质作为食物源,最终以蚯蚓粪便的形式排出,其利用原理主要包括:蚯蚓体内分泌物的化学作用、肠道微生物的生化作用、研磨消化等物理作用。

该技术利用蚯蚓的特殊生态学功能和微生物的协同作用,可以加速有机物分解,并使有害物质得到妥善处理。其主要影响因素有:蚓种、温度、碳氮比( C/N) 、物料含水率、调理剂等。

图6 蚯蚓堆肥技术流程图

 
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