根据数据显示,我国城镇污水处理厂规模位居世界第一。截至2022年,建成并投入运营的已逾4600座,日处理量超过2亿立方米,约占全球规模1/5。污水处理厂也随伴产生大量污泥,2021年全国污泥产量已突破7000万吨(含水率约80%),且逐年增加趋势,预计2025年全国污泥产量将突破 9000万吨。目前为业界较为关注的,主要有四类处理方式:填埋、干化焚烧、厌氧消化及好氧发酵,其优、缺点如下分析:
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优点
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缺点
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填埋
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简单、易行、成本低
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需大面积,且有渗漏液及可燃性气体产生,造成污染环境及气爆的危险性
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干化焚烧
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迅速达到大量减量及无害化;建材利用
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高温、高能耗,设备及运行成本高;热值低难产生经济效益
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厌氧消化
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将污染物放置密闭不透气空间,暂时解决臭味问题;沼气利用
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发酵时间长,即便发酵完全依然液体状态,不利后续利用;热值低难产生经济效益
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好氧发酵
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易行、成本低;做为农用、绿化种植土、矿山生态修复、非农用盐碱地及砂化地改良等
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国内业界认为其缺点:发酵时间长、占地广、长期臭味污染
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生活污水厂污泥处理方案的发展离不开经济条件、生活水平、环保意识及国情等的影响。每阶段因以上因素的差异性,而决定了当下的主流方案。依个人的分析与判断,生活污水厂污泥处理的主流方案发展趋势,依序应为过去的(1)卫生填埋,到现阶段的(2)干化焚烧,风向再逐渐转为(3)厌氧消化,而(4)好氧发酵终成主流方案。为何?
一、卫生填埋
我国早期在处理污泥方式,基本上是采用卫生填埋。该方法主要是将污泥运至山区或平地区域,然后进行挖坑,将其埋入,并用土体完成覆盖,且有时还会在其上种植一些绿色植物,增加环保效果。这种方法的主要优点包括低成本、处理过程简单以及操作方便性。然而,填埋污泥却存在着显着的缺点,例如会占用大量土地资源;形成渗滤液和气体,其中渗滤液是一种严重污染的液体,会污染周围土地及地下水环境,而气体主要是甲烷,如果不采取适当的措施,将引发爆炸和燃烧的危害。且随着时代的发展,处理污泥体积和重量日趋增加,填埋成本也随伴逐渐上升;再加上现今社会,面临用地日趋紧张及环保意识高涨,填埋的方式已逐渐被禁止。
二、干化焚烧
取而代之的,干化焚烧是现阶段的主流方案。污水池的污泥先经过浓缩(或沉淀),如重力、汽浮、离心等浓缩法;尔后配合化学药剂(絮凝剂,也称调理剂、脱水剂、助凝剂、混凝剂等)使用的机械脱水方法(如迭螺机、带式压滤机、板框压滤机、离心机等) ;再采用能源干化,输入热能进一步干燥处理;最终送入电厂、垃圾焚烧厂等进行焚烧。其成为主流的原因是可以迅速达到大量减量、无害化及环保的要求。但相对于此(优点),其最大的劣势是投资成本及能耗高,消耗着庞大的国家财政预算。此方法之所以会成为现阶段主流方案,有两个时代背景因素:(1)国人环保意识高涨;(2)二十余年来我国经济发展显着,财政预算较为宽裕,而致国家愿意以高成本代价解决环保问题。然而,近年来财政预算逐渐紧缩,国家不得不大力鼓励具备经济效益的资源化利用创新方案,以舒缓财政压力;且另一方面,由于干化焚烧方式是高耗能高碳排放方式,与国际间所提出的双碳(碳达峰,碳中和)环保目标相悖。在于财政、环保与国际形象三重压力下,近几年国内处理污泥的风向似乎有转向厌氧消化方案的趋势。
三、厌氧消化
以商业经营角度而论,厌氧消化整体的投资成本(固定投资与运营费用)低于干化焚烧,但我国厌氧消化方案有几方面的劣势(如下表一),使得现阶段在处理污水厂污泥产业界,厌氧消化方案的实施与发展尚不及干化焚烧。
表一、我国厌氧消化方案劣势分析
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说明
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技术水平不足
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发酵时间长、占地广,且发酵不完全,有臭味,影响后续做为肥料或土壤改良剂之土地利用的经济效益;无法解决环保问题
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沼气利用
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产生沼气的量不足(热值低、低有机质、高含沙量)且质量不佳(含硫化氢、甲硫醇、二氧化碳等降低质量),沼气利用(转化成天燃气或电能)不具备经济效益
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土地利用
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技术水平不足,导致厌氧消化产生的沼液及沼渣发酵不完全,还存在臭味及水含量过高、质量不佳需要进一步或利用设备(干化或发酵)处理问题。这样,不仅提高使用的不便性,更大大降低做为有机肥料的土地利用商业价值
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然而,由于干化焚烧在于财政、环保与国际形象三重压力下使然,逐渐有企业或机构或地方政策倾斜,鼓励实施厌氧消化方案,且致力于技术、设备及方案的提升与改善。其最明显的改善方案即增加高温(150~260℃)高压的“热水解”预处理工序,或称其为“高级厌氧消化”(如图一)而大大缩短处理时间,节约土地使用面积;另一方面,并与后段的土地利用做紧密衔接,充分发挥资源化利用的功能,以此创造出经济效益。
图一、高级厌氧消化工艺流程