污泥,作為污水處理的產(chǎn)物,污水當(dāng)中一半的污染物都轉(zhuǎn)移到了污泥當(dāng)中,如果不進(jìn)行妥善處理,將造成嚴(yán)重的二次污染。據(jù)統(tǒng)計(jì),2004年我國污泥的產(chǎn)生量是1220萬噸,預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到2740萬噸。一方面是污泥不斷地增加,另一方面與污水處理相比,污泥處理存在諸多問題。一是處理率低、工藝不完善;二是技術(shù)單一、裝備水平落后;三是處置保障率低、二次污染風(fēng)險(xiǎn)大。清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系教授王偉指出,目前我國每年有大量未經(jīng)穩(wěn)定處理的污泥沒有正常出路,污水處理與污泥處理嚴(yán)重脫節(jié)。經(jīng)過以王偉教授為首的科研小組多年的潛心研究和不斷試驗(yàn)、改進(jìn),終于建立了一套完整、系統(tǒng)的污泥處理新技術(shù)——水熱干化污泥處理組合技術(shù),為污泥無害化處理率找到了一條新的出路。

提高污泥的脫水性能細(xì)胞破碎技術(shù)是關(guān)鍵

    那么污泥處理的難點(diǎn)在哪?王偉教授介紹說,污泥無害化處理比垃圾難,主要是由于含水率高。污泥的體積會隨著含水率產(chǎn)生變化。另外,含水率高,熱值越低。含水率80%的污泥,熱值大約在100大卡左右,這樣的污泥無法進(jìn)行直接焚燒。

    但是對污泥進(jìn)行干化,需要很高的成本,這是一個(gè)很大的矛盾。王偉教授介紹說:"我們國家目前大多采用的是CSTR混合式的傳統(tǒng)發(fā)酵,能耗高、效益差。"污泥中含有細(xì)胞質(zhì)和膠質(zhì),傳統(tǒng)處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的污泥脫水極限只能達(dá)到70~80%,因此細(xì)胞破碎技術(shù)是污泥處理的關(guān)鍵所在。據(jù)王偉教授介紹,水熱干化污泥處理技術(shù)就是在污泥濃縮后,通過水熱干化破碎污泥中的細(xì)胞質(zhì),從而突破了污泥難脫水的技術(shù)瓶頸。水熱干化技術(shù)可以提高污泥的脫水性能,滅菌并分解有機(jī)物,并可以回收生物質(zhì)能,實(shí)現(xiàn)了減量化、無害化和資源化的目的,同時(shí)又大大降低了運(yùn)行成本和處理能耗。

    水熱干化污泥處理組合技術(shù)通過機(jī)械濃縮、水熱反應(yīng)、二次濃縮、脫水、冷——熱泥換熱、焚燒等技術(shù)的組合,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化,從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)整體的處理效率、降低了污泥中有害物質(zhì)的含量、減輕了后續(xù)脫水處理的水負(fù)荷、降低了水熱處理的能耗、提高了脫水泥餅的熱值。王偉教授說:"我們在北小河豌豆機(jī)廠做的中試試驗(yàn)。使用這種技術(shù),一個(gè)非常小的脫水機(jī)就可以使污泥的減量化達(dá)到95%以上。處理后的泥餅含水率是43%,熱量為8021大卡。焚燒泥餅產(chǎn)生的熱量提供污泥直接處理所需要的熱源。我們通過一個(gè)預(yù)先的發(fā)熱裝置降低主要系統(tǒng)的能耗,然后通過二次濃縮池,主要是為了降低需要提高水力負(fù)荷。那么富余的能量還可以外供。"

冷——熱泥換熱降低能耗但面臨專用設(shè)備開發(fā)問題

    針對干化過程當(dāng)中最重要的能耗問題,王偉教授發(fā)明了一種冷——熱泥換熱裝置。就是把冷泥在進(jìn)入反應(yīng)器之前和熱泥進(jìn)行交換,120℃的熱泥與20℃的冷泥進(jìn)行熱交換,冷泥只需要升溫40℃。"在沒有壓力的狀態(tài)下,1公斤的水升高1℃是1大卡,我們1噸水需要升高40℃就是40多卡。與傳統(tǒng)的蒸發(fā)干燥的工藝相比,同樣把污泥含水率從80%降到50%的情況下,它的能耗降低了1/10。這就是這個(gè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵,一個(gè)是蒸發(fā)潛熱,一個(gè)是沒有蒸發(fā)潛熱。"

    談到這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)歷程,王教授坦言并非一帆風(fēng)順,他說污泥處理的工藝和效果都沒有問題,最大的問題是處理設(shè)備。因?yàn)槲勰啾旧硎且环N復(fù)雜的混合物料,在處理前,污泥處于半固體狀態(tài)、十分黏稠,是一個(gè)非流體、非連續(xù)的介質(zhì),不利于傳輸和反應(yīng)過程中的傳熱傳質(zhì),在設(shè)備上很難實(shí)現(xiàn)。為了提高污泥的傳輸性能、實(shí)現(xiàn)污泥的連續(xù)反應(yīng),必須采取一些工藝(如均化、漿化等)使污泥均質(zhì)化、連續(xù)化。但是,這些工藝最終要通過設(shè)備實(shí)現(xiàn),國內(nèi)的設(shè)備制造水平較低,而且對于這樣一個(gè)新的處理工藝,目前并沒有現(xiàn)成的設(shè)備可以用,因此面臨著專用設(shè)備的開發(fā)問題。

    展望污泥水熱干化組合技術(shù)的應(yīng)用前景,王教授信心百倍地說:"國內(nèi)的污泥市場非常大。污水處理不能再‘事倍功半’,要從根本上解決污水處理的問題,就必須重視污泥的處理。"據(jù)王教授介紹,他研究水熱干化污泥處理技術(shù)長達(dá)25年的時(shí)間,目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)十分成熟了,整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也基本完成,3年后將會建成這項(xiàng)技術(shù)的示范工程。