別讓污泥短板拖累減排,相關部門負責人、專家和從業者已經意識到了這個問題。隨著大量污水處理廠緊鑼密鼓地上馬,尾隨其后的污泥問題亟須妥善解決。
實際上,早在2006年前后污泥處理處置就開始進入環保企業的視野。污泥的妥善處理處置既是環保工作必須面對的棘手問題,也是各固廢處理處置企業眼中極具吸引力和挑戰性的業務領域,但是在“穩定化、無害化、減量化”三大基本原則下,目前污泥還未出現規模化且經過實踐檢驗效果良好的技術工藝及設備系統。
國內污泥處置四種工藝為主流
目前,國內污泥處理處置技術大部分為填埋處置,但是隨著污泥填埋帶來的二次污染及其他諸多問題無法妥善解決,脫水污泥直接進入填埋場將被限制。此外,污泥外運及露天堆放對于整個大環境來講相當于未經任何處理;堆肥農用也由于二次污染問題導致肥料出路困難;自然干化綜合利用不僅所占比例小,且受利用途徑自身局限及技術不成熟而無法規模化;焚燒技術由于門檻較高導致應用所占比例極小。
透過現象看本質,之所以形成這種局面,可以從兩個方面來分析。
一方面,這與國內污泥自身基本特點有關。國內污泥的含水率在80%~84%之間,相對于國外稍高,而且污泥中成分復雜、不確定成分較多。國內污泥的熱值也比國外要低(同樣干化到含水率約10%時,國內污泥熱值一般在2000~2600Kcal/Kg,而日本污泥可達到3000Kcal/Kg以上),而且國內的市政泥干化后灰份含量較高,達到65%以上。
另一方面,國內污泥處理處置起步較晚,技術基礎薄弱,目前還處于適用技術的探索期。現在,國內污泥處置可考慮的技術類型多,而且同一技術涉及的具體工藝流程、設備等也有多種選擇,卻很難明確哪類技術設備能得到良好的綜合效果。
2005年開始,江蘇、浙江、廣東等地開始進行大規模項目技術工藝比較,堆肥、直接焚燒、半干化+獨立焚燒、半干化+生活垃圾焚燒爐摻燒等在很多地方也出現了工程項目。綜合來看,這4種工藝在今后一段時期內將會成為主流,而焚燒則為主流之核。總結污泥焚燒的現狀,業內人士認為,全國各地因地制宜選擇不同的技術工藝將是這個領域的一大特色。
污泥含水率多少才合適?
焚燒技術因其顯著地減量化、無害化、熱能循環利用的資源化等特點,適應污泥產生量大、需要規模化、集約化處置的特點。據了解,日本企業在污泥處理處置方面的主流技術很明確——半干化+焚燒,因為實現半干化的方式和焚燒方式各有不同,可以衍生出多種工藝流程組合。而且,日本企業在脫水污泥的處理處置上更注重最終結果,經濟效益只局限于最大程度實現能量回收利用,對于干化能耗和回收能量之間的比例沒有做過多考慮,主要目的還是將污泥問題最終妥善解決。
然而在國內,經濟利益無法保證,環保就無從談起,需要充分考慮干化焚燒的投資及運行成本和政府補貼比例;在技術工藝的確定和設備選型方面,也要重點考慮節能因素,即運營成本控制,而且必須從技術上加以解決。
那么,在實際的“半干化+焚燒”工程中該如何設計選用合適的具體技術工藝及流程呢?污泥的干化程度是用含水率(含固率)來衡量的,半干、全干提法是相對的,具體含水率數值差異只是為各自工藝描述服務的。通常半干是指含水率在30%~50%之間,全干則是含水率小于等于30%。
污泥干化后做焚燒處理,并不是含水率越低越好,而是存在一個合適的含水率狀態,使得干污泥所具有的熱值能夠維持自燃,不需要額外再添加能量。一方面,理論上污泥自持燃燒要求含水率低于65%即可,但實際含水率要小于等于50%(對應熱值約為1000Kcal/Kg)時才適合焚燒處置。另一方面,污泥干化到含水率30%時為熱能利用極限(即一定量污泥干化達到含水率30%以前,蒸發水分所投入的熱量要小于干化后這部污泥燃燒提供的熱量),超過這一比例所獲得的干化度,所消耗的能量要高于干污泥能夠利用的熱能。從熱值角度考慮,污泥干化到含水率50~30%后去焚燒是經濟合理的。
根據相關實驗結果分析顯示,污泥含水率在45%左右或者熱值≥1000Kcal時就適合焚燒處理,其工藝相對比較成熟,無論獨立焚燒還是摻燒都適合。同時半干態污泥因其物理特性較均勻,熱值波動小,較生活垃圾焚燒更為穩定、可靠、經濟。流化床是當前使用最多的污泥焚燒爐型,有鼓泡式、循環式(為污泥焚燒最佳可行建議爐型)等。
污泥焚燒的瓶頸在哪里?
目前,污泥焚燒的瓶頸在于熱干化降低含水率。這需要深入研究國內外干化技術工藝及設備,積極尋求一種真正適合國內污泥的技術工藝,并通過工藝和設備組合優化,對污泥不同干燥程度處理區別對待,確保設備對工藝的適應性。
國內在污泥干化設備開發方面,為數不多的幾家均為空心槳葉式干化機,且多以化工、制藥、食品等行業干燥設備為原型,設備性能的適應性與國外差距還很大。而且,無論國外還是國內設備都存在額定處理處置能力大幅縮水現象。根據不完全統計,應用較多的槳葉式干化機實際處置量目前只能達到設計能力的70%左右,一方面是因為設備自身設計、制造方面的缺陷,另一方面缺乏合理的工藝組合和成熟的運營操作經驗也是一個重要原因。
能否立足國內尋求一種高效節能的脫水工藝,擺脫熱干化一枝獨秀的局面,以達到環保經濟雙贏的局面?污泥干化工藝的核心在于干化設備。由于污泥自身的復雜特性使得選用的干化設備與其他行業成熟的干化設備有很大不同,主要表現在設備及系統配置復雜、造價不菲、設備耐磨性差、能耗高。
對此,如果能夠在其他研究方向取得突破,比如在促進污泥分子水游離環節尋求一種高效的物理和化學方式,最大限度釋放污泥中分子水和細胞水,并結合高效機械脫水方式,高效降低污泥的含水率,減少污泥脫水對熱干化技術工藝及設備的依賴,就從本質上轉變脫水方式,實現低成本化,擺脫處理處置費用補貼過低的束縛。
國內企業還有哪些工作要做?
總體而言,國內污泥處理處置行業目前還處于初級階段,既無優勢技術工藝,也無脫穎而出的成套設備系統集成商和工程總包商。究其原因,是還未真正找到一條技術工藝先進、適合國情、投資合理、運行可靠、自動化程度高的成熟路線,整個行業還停留在選擇哪種設備的階段,業內企業也都在積極研究,尋求一種可靠的技術工藝路線和設備。
根據國內相關工程案例分析,要想在污泥處理處置領域有所作為,必須在很多方面做足功課。
首先,要通過足夠多的實驗、小試、實際工程來全面、詳實地了解國內脫水污泥的各種特性、并將國內外脫水污泥相關特性參數進行對比,總結差異。
其次,要在技術觀念上走出設備決定工藝的誤區,根據處理處置對象確定針對性強的技術工藝路線,按照工藝設計的要求選擇合適的、適應工程實況的設備才能保證工藝參數的可靠達標、保證設備穩定連續運行。
再次,要在技術、設備上積極借鑒國外技術經驗,提高國內設備研究水平。與生活垃圾和工業固體廢物焚燒處理處置技術發展一樣,國外相當一部分設備在技術、制造工藝的嚴謹性上的確優于國內技術工藝和設備,但大都存在水土不服的問題,只有應用、融合了本土因素的改良技術工藝和設備才是最適合的。
污泥產生量逐年攀升,處理處置壓力巨大,但同時這也與其他固廢處理處置技術一樣不存在高、精、尖的問題,要做的只是立足技術工藝研究,選取優勢技術工藝,提高系統組織和匹配能力,在現有國內外技術和設備的基礎上總結、篩選、改進,最終形成一種適合規模化連續處理處置、節能可靠的集成技術工藝。
縱觀目前國內發展動向,巨資引進國外技術工藝及設備,搭建一個研究平臺,經過一個痛苦的整改研究過程,最終推出新一代本土化適用技術工藝路線的老路,在污泥處理處置領域,這個過程也許無法繞過。
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