水熱干化污泥處理技術(shù)的新空間
污泥作為污水處理的產(chǎn)物，污水中約一半的污染物轉(zhuǎn)移到了污泥當(dāng)中，如果不進行妥善處理，將造成嚴重的二次污染。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重脫節(jié)。
經(jīng)過以王偉為首的科研小組多年的潛心研究和不斷試驗改進，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)。在北京舉辦的“2007水業(yè)高級技術(shù)論壇”上，這一技術(shù)引起與會專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注，認為該技術(shù)為污泥無害化處理率找到了一條新的出路。
污泥處理投入的嚴重不足導(dǎo)致污染轉(zhuǎn)移
作為污水處理的產(chǎn)物，污泥從我國第一個污水處理廠運行開始就已經(jīng)存在。但是，在我國，污泥的問題卻一直沒有得到重視，污泥處理技術(shù)也一直處于摸索階段。
王偉指出，與污水處理相比，污泥處理還存在量大、處理率低、工藝不完善、二次污染風(fēng)險大等諸多問題。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重脫節(jié)，未能發(fā)揮最佳的環(huán)境效益。
目前國內(nèi)基本是沿用垃圾處理的技術(shù)（填埋、堆肥、焚燒）來處理污泥，但是填埋處理污泥減量化效果差、影響填埋場的運行，而且還會導(dǎo)致填埋場沉降、塌陷等一系列問題；污泥的含水率較高，焚燒處理的投資和運行成本很高；堆肥處理也存在成本高、堆肥產(chǎn)品不合格等問題。因此，污泥并不適合用這些傳統(tǒng)技術(shù)直接處理。
另外，我國現(xiàn)行的污泥處理工藝以濃縮、消化、脫水為主，處置率低，達不到減量化、無害化、資源化的處理目標。
王偉認為，污泥對環(huán)境的污染并不像水污染那樣明顯和及時，需要一個相對較長的過程，因此往往容易被忽視。污水經(jīng)處理后得以凈化的同時，約一半的污染物轉(zhuǎn)移到污泥中，而這些污泥最后又會回到環(huán)境中，不解決好污泥處理處置的問題，污水處理的效果只是“事倍功半”。
但是，“十一五”期間國家在污泥處理方面的投資只是污水處理投資的40%，對污泥處理的投入嚴重不足，導(dǎo)致我國大部分污水處理廠的污泥得不到真正有效的處置，從而造成污染的轉(zhuǎn)移。
提高污泥的脫水性能，細胞破碎技術(shù)是關(guān)鍵
王偉介紹說，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，這樣的污泥無法進行直接焚燒。
對污泥進行干化需要很高的成本。王偉介紹說，國內(nèi)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到70~80%。因此，細胞破碎技術(shù)是污泥處理的關(guān)鍵所在。
據(jù)王偉介紹，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,滅菌并分解有機物，并可以回收生物質(zhì)能，實現(xiàn)了減量化、無害化和資源化的目的，同時又大大降低了運行成本和處理能耗。
水熱干化污泥處理組合技術(shù)通過機械濃縮、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，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，從而進一步提高系統(tǒng)整體的處理效率，降低污泥中有害物質(zhì)的含量，減輕后續(xù)脫水處理的水負荷，降低水熱處理的能耗，提高脫水泥餅的熱值。
王偉說，他和課題組在北小河豌豆機廠做的中試試驗使用這種技術(shù)，一臺功率很小的脫水機就可以使污泥的減量化達到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。通過一個預(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荷，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
針對干化過程中最重要的能耗問題，王偉發(fā)明了一種冷—熱泥換熱裝置。就是把冷泥在進入反應(yīng)器之前和熱泥進行交換，120℃的熱泥與20℃的冷泥進行熱交換，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℃需要1大卡的熱值，1噸水需要升高40℃就是40多大卡。
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。這就是這個技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵，一個是蒸發(fā)潛熱，一個是沒有蒸發(fā)潛熱。
談到這項技術(shù)的研發(fā)歷程，王偉坦言并非一帆風(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。
污泥本身是一種復(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)。
為了提高污泥的傳輸性能、實現(xiàn)污泥的連續(xù)反應(yīng)，就必須采取一些工藝（如均化、漿化等）使污泥均質(zhì)化、連續(xù)化。這些工藝最終要通過設(shè)備來實現(xiàn)。但是，在這方面，國內(nèi)的設(shè)備制造水平較低，而且對于這樣一個新的處理工藝，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，王偉信心百倍地說：“國內(nèi)的污泥市場非常大，按照每萬噸污水產(chǎn)生1.5噸污泥計算，2004年我國污泥產(chǎn)量是1220萬噸，2010年將達到2740萬噸，2015年將達到3560萬噸。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)王偉介紹，他研究水熱干化污泥處理技術(shù)長達25年的時間，目前該技術(shù)已經(jīng)十分成熟了，整個系統(tǒng)的設(shè)計也基本完成，三年后將會建成該技術(shù)的示范工程。
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