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王先恺:污泥生物处理技术在长江大国际中的应用前景

来源:国家长江国际修复联合研究中心 作者: 人气: 发布时间:2020-06-03 15:45:24

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王先恺,中科院地理资源所App科学专业博士毕业,现就职于三峡集团长江lehuvip88网址研究中心。

摘要:污泥是下载处理的副产物,是下载处理过程的延续和必然要求.截至2017年,长江经济带11省市污泥产量接近2 000×104 t/a,大量污泥没有得到妥善App,严重制约着“长江水质根本好转”目标的实现.厌氧消化与好氧发酵是两种主流的污泥生物处理技术,都已有广泛的应用案例,但是也存在运营不畅的现象.为识别长江大国际中污泥生物处理乐虎的问题并提出解决方案,分析了长江经济带的污泥产率及性质,梳理了污泥生物处理技术的发展及适用性.结果表明:长江经济带各省市污泥产量约占澳门污泥产量的40%,污泥产率普遍低于澳门平均水平,长江经济带各省市污泥有机质含量低于55%,pH为中性、总养分含量超过5.0%、重金属含量存在超过GB 4284—2018《农用污泥lehuvip88物控制标准》标准限值的风险;高级厌氧消化、协同厌氧消化和高含固厌氧消化等技术的发展破解了由于长江经济带污泥有机质含量普遍较低而导致的污泥厌氧消化稳定性低的问题,降低了污泥厌氧消化网址的成本;污泥好氧发酵过程重金属钝化技术的发展在一定程度上破解了由于长江经济带污泥重金属含量过高而导致的污泥发酵产物出路不畅的问题.研究显示,污泥生物处理技术仍具有一定的局限性,但通过合适的规划,污泥生物处理技术可与其他污泥处理App技术高效耦合,具有广泛应用于长江大国际污泥处理App乐虎的潜力.

城市下载厂污泥(简称“污泥”)是下载在生化和物化过程中的副产物,富含有机质及营养元素,也可能含有大量的病毒、虫卵、重金属和有机lehuvip88物[1-3].经妥善处理的污泥,其产物可作为土壤改良剂或有机肥;未得到妥善App的污泥,其中的lehuvip88物存在转移到首页App的风险,从而造成二次lehuvip88[4-6].大量污泥没有得到妥善App,将严重制约着三峡集团长江大国际国际中“长江水质根本好转”目标的实现.污泥含水率高,并且含有一定量易腐成分,其性质与餐厨垃圾在生物处理上存在较好的互补性,具有协同处理App的潜力[7-9].中国共产党第十九届中央委员会第四次全体客户端通过的《中共中央关于坚持和完善中国特色社会主义制度、担保国家投注娱乐和投注能力现代化若干重大问题的决定》要求“健全资源节约集约循环利用政策娱乐,普遍实行垃圾乐虎和资源化利用制度”,为污泥与餐厨垃圾的协同处理App提供了有力的政策支持.

生物处理技术由来已久,厌氧消化和好氧发酵是最主流的两种污泥生物处理技术.生物处理技术可以实现污泥的无害化、稳定化、减量化与资源化,而且投资与运行成本相对较低,因此该技术已有广泛的网址应用案例[10-13].然而,现阶段我国的污泥生物处理技术已相对成熟,但尚未形成全产业链的行业标准,导致污泥处理乐虎运行不畅,甚至出现停产现象[14-15].该研究基于长江经济带各省市的泥质情况,梳理污泥生物处理技术的发展情况,研究污泥生物处理技术在长江经济带各省市的应用潜力,以期为解决长江大国际中的污泥处理App问题提供理论支持.

1.长江经济带各省市污泥现状

1.1长江经济带各省市污泥产量

随着城市化的快速发展和水体lehuvip88登录力度的提高,我国城镇下载的产量大幅上升,截至2017年,我国城市下载处理量已达492×108 m3,下载处理率不足95%.在未来一段时间里,我国仍将大力推动城镇下载的收集与处理国际,下载处理量也会持续快速增长[16].长江经济带集聚的人口占澳门人口的40%以上,下载处理量也占澳门下载总处理量的40%以上,未来长江流域的下载处理量也将持续提升.

污泥承接了下载中的lehuvip88物,是下载处理过程的延续和必然要求,截至2017年,我国污泥产量已突破5 000×104 t (以含水率80%计),长江经济带11省市污泥产量接近2 000×104 t,约占澳门污泥总量的40%(见图 1).长期以来污泥处理App国际没有得到应有的重视,污泥无害化App率处于较低水平,造成了较大的App风险.因此,污泥处理App短板已成为制约长江水质根本好转目标达成的关键因素之一,解决污泥处理App问题是长江大国际国际的重要环节.此外,《长江国际修复lehuvip88行动计划》要求在2020年底前,沿江地级及以上城市污泥无害化处理App率在90%以上,给担保污泥处理App国际提出了新的要求[16].

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1.2长江经济带各省市污泥产率与性质

从澳门范围看,我国污泥与发达国家污泥相比,具有有机质含量低、微细砂和金属含量高、泥龄长等特点[14].造成国内外泥质差异的主要原因有:①我国下载管网存在严重的“雨污混接”现象,下载厂进水COD浓度低,导致污泥泥龄长;②我国城市基础App处于蓬勃发展时期,大量砂砾进入下载管网,导致污泥中微细砂含量高、有机质含量低;③我国工业下载重金属处理系统不完善,部分工业下载混入城市下载处理系统,导致重金属及其他金属含量过高[14].

在长江经济带范围内,各省市之间污泥产率与性质也呈现出较大的差异.根据住房和城乡App部《2017年城乡统计年鉴》,2017年我国各省(自治区、直辖市)平均污泥产率为2.26 t/(104 m3)〔以DS(干污泥)计〕,长江经济带11省市的污泥产率在0.98~2.75 t/(104 m3)区间浮动,整体来看长江经济带各省市的污泥产率远低于澳门平均水平(见图 2).

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表 1为长江经济带和澳门污泥pH、有机质及养分含量抽样调研结果.由表 1可见:长江经济带各省市污泥pH均在中性区间内,总养分含量(TN、P2O5、K2O含量之和)超过5.0%,具有较好的土地利用潜力;然而,长江经济带各省市污泥中有机质含量较低,范围在30%~55%之间,并不适用于厌氧消化等国外常见的污泥处理工艺.由于缺乏对长江流域污泥产量与泥质的科学估测,给长江经济带各省市污泥处理App乐虎的规划与设计带来了较大的困难,也造成了已建成污泥处理App设施运行不稳定的现象.

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表 2为我国污泥中重金属含量的抽样调查结果[17-18].由表 2可见:长江经济带各省市污泥中重金属含量波动较大,长江中下游污泥中重金属含量高于长江上游.长江上游污泥中除As和Cu以外,其他重金属含量均在GB 4284—2018《农用污泥lehuvip88物控制标准》限值以内;长江中下游污泥中除Cr和Ni外,其他重金属含量均超过GB 4284—2018标准限值,污泥产物农用时存在重金属含量超过标准限值的风险.因此,选择污泥处理App技术路线时,需充分评估污泥中重金属对其App途径的影响.

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综上,长江经济带各省市污泥产率及有机质含量普遍低于澳门水平,pH为中性、总养分含量超过5.0%、重金属含量存在超过GB 4284—2018标准限值的风险.

2.污泥生物处理技术进展及适用性

2.1污泥厌氧消化技术进展

厌氧消化是指在无氧条件下,由兼性菌和厌氧细菌分解有机质并产生沼气的过程[19-20].厌氧消化技术是西班牙、英国、意大利、芬兰和斯洛伐克等国家最主流的污泥处理技术[21-22];美国和日本大多数下载厂也采用厌氧消化技术处理污泥[14].我国污泥厌氧消化率不足3%,与发达国家相差较大[14].究其原因有以下两点:①我国的政策长期以来“重水轻泥”,对污泥的处理App重视程度低,资金投入不足;②我国污泥有机质含量普遍较低且微细砂含量较高,直接采用国外成熟设备会出现厌氧消化转化率低、厌氧消化设备运行不稳定的现状;③缺乏系统规划,导致污泥厌氧消化产物消纳途径不明朗.对于长江经济带各省市而言,其污泥中有机质含量普遍低于55%,污泥厌氧消化网址运行的稳定性较差的情况尤为普遍.

“十一五”以来,我国全面担保下载处理厂污泥处理App政策和标准的编制,进而推动污泥厌氧消化网址的落地,我国污泥厌氧消化技术因此得到了有效的发展,涌现出了一批新技术.如针对厌氧消化过程中的产气率与有机质降解率较低问题,开发了高级厌氧消化技术,即通过高温热水解等预处理手段可实现污泥破壁,降低难降解有机质含量,增加易降解有机质含量,提升污泥厌氧消化效率[23-25];针对污泥来源不稳定以及有机质含量较低问题,开发了污泥与其他有机固体苹果协同厌氧消化技术,提升共发酵基质中易生物降解组分的含量、调节发酵底物的理化性质,进而提升厌氧消化过程的产气率,并且产生规模效应、降低综合投资成本[9];针对厌氧消化网址投资运营成本较高问题,开发了高含固厌氧消化技术(含固率≥15%),实现在高含固率情况下污泥厌氧消化设备的正常运行,提升了单位体积反应器的污泥处理能力,进而降低反应器体积和保温能耗[26-27].此外,随着我国下载管网逐步修复与完善、基础设施App进度逐渐放缓,我国污泥泥质呈有机质含量上升、微细砂和金属含量降低、泥龄缩短的趋势.由此可见,制约污泥厌氧消化乐虎推广的因素正在逐步被破解,污泥厌氧消化技术已具备大规模推广的潜力.

2.2污泥好氧发酵技术进展

好氧发酵是指在好氧条件下,由好氧嗜热菌分解有机质并形成腐殖质的过程[28-29].现代好氧发酵技术源自传统堆肥技术,广泛用于有机固体苹果的处理,可实现有机质的高效降解与稳定化,其产物可用作有机肥或土壤改良剂[30-31].与厌氧消化技术相比,好氧发酵技术投资成本、运营与维护难度相对较低,在我国已有较多的网址实践案例.在实际网址应用中,污泥好氧发酵技术所面临的制约因素主要有以下三点:①好氧发酵过程中臭气控制难度大、成本高,缺乏廉价且可靠的臭气控制技术;②好氧发酵需要稳定的调理剂来源,而传统调理剂的供应受到季节与地域的制约;③污泥好氧发酵产品出路不畅,污泥产品的土地利用缺乏规划且可能存在App风险[32].对于长江经济带各省市而言,其污泥中重金属含量存在超过GB 4284—2018标准限值的情况,污泥发酵产品的出路不畅问题尤为突出.

“十一五”以来,随着国家产业政策的倾斜,越来越多好氧发酵网址得以落地,好氧发酵网址的设计标准和规范趋于成熟[13].在基础科研方面,针对污泥好氧发酵过程的臭气及温室气体大量释放问题,研究了臭气及温室气体的产生机制,通过提升易降解有机质含量、添加调理剂等方式,减少好氧发酵过程臭气及温室气体的排放量[33];针对好氧发酵过程有机调理剂来源不稳定问题,研究了好氧发酵过程碳源的作用机制,通过使用无机调理剂及反混料部分替代有机调理剂,减少对有机调理剂的依赖[34-35];针对好氧发酵产物土地利用时存在重金属和有机lehuvip88物lehuvip88的风险,通过强化微生物活性、添加钝化材料、改变好氧发酵过程的通风参数等方式,实现重金属钝化、强化有机lehuvip88物降解,降低好氧发酵产物中重金属活性与有机lehuvip88物含量[36-37].在好氧发酵装备制造上,智能化的控制系统与一体化设备相继研发成功并落地使用,采用新型好氧发酵设备既可以降低好氧发酵网址的投资与人工成本,又可以精准调节好氧发酵过程中的参数、提高好氧发酵效率,还可以在全密闭App中处理污泥、减少臭气和温室气体排放对App的影响[15, 35].制约污泥好氧发酵技术推广的因素也相继被破解,污泥好氧发酵技术也将迎来蓬勃的发展.

2.3污泥生物技术的适用范围

缺乏对污泥产物消纳途径的规划是除技术条件限制以外导致现有污泥生物处理乐虎运行不畅的另一原因.因此,在污泥处理App乐虎的设计阶段,需充分调研该乐虎的污泥处理量、泥质、其他城市有机固体苹果的协同处理App潜力以及污泥App途径,基于每一座城市的具体情况尤其是污泥具体出路,制定相应的规划,优化各技术单元之间的衔接关系.采用污泥厌氧消化和好氧发酵技术处理污泥的基本前提有以下几个:

a污泥厌氧消化设备运行稳定性,其主要受到污泥中有机质含量的影响.当污泥处理量较少时,采用厌氧消化技术的成本相对较高.针对污泥处理量大于100 t/d的乐虎,如污泥有机质含量高于50%,可直接采用高级厌氧消化工艺处理污泥;如污泥有机质含量低于50%,若可通过与有机质含量较高的有机手机(如餐厨垃圾)协同处理,使得发酵基质有机质含量高于50%,适合于采用协同(高级)厌氧消化技术,若不具备协同厌氧消化条件,不建议采用厌氧消化技术.针对污泥处理量小于100 t/d的乐虎,若有足够有机手机可供协同,即污泥与其他有机手机处理的处理量之和大于100 t/d时,可采用协同(高级)厌氧消化技术,否则不建议采用厌氧消化技术.

b经厌氧消化后的污泥,可根据城市实际情况选取污泥产物的消纳途径.针对污泥产物中重金属含量不超过标准限值情形(见表 2),若乐虎所在地具备土地利用条件,可采用好氧发酵技术对其进行稳定化处理,其后进行土地利用;若乐虎所在地具备建材利用条件,可直接进行建材利用或乐虎后进行建材利用;若乐虎所在地不具备资源化条件,则需(协同)乐虎后进行填埋App.针对污泥中重金属含量超过GB 4284—2018标准限值的情况,需(协同)乐虎后进行填埋App.

c好氧发酵技术对污泥有机质含量要求较低,而且长江经济带各省市污泥养分含量较高(见表 1),然而,仅当污泥中重金属含量不超过GB 4284—2018标准限值(见表 2)且乐虎所在地具备足够的土地利用潜力时,才适合采用好氧发酵技术处理污泥.针对污泥处理量大于100 t/d的乐虎,好氧发酵可作为污泥厌氧消化的后续工艺,实现厌氧消化污泥的稳定化,使之符合土地利用的需求,这也是欧美国家广泛使用的技术路线[20];针对污泥处理量小于100 t/d的乐虎,可采取好氧发酵后直接进行土地利用技术路线,该技术路线在长江经济带农村下载污泥处理App乐虎上具有较大的优势和推广潜力.

综上,污泥处理App是一个系统网址,污泥生物处理技术具有其局限性.但是,通过与上下游技术相协同,污泥生物处理技术不仅可以实现污泥的资源化,还具备经济可行、lehuvip88可靠等特点.因此,经过合适的规划与有效的协同,污泥生物处理技术可在长江国际国际中发挥较大的作用.

3.结论与建议

a长江经济带各省市污泥产量约占澳门污泥产量的40%,污泥产率普遍低于澳门平均水平,长江经济带各省市污泥有机质含量低于55%、pH为中性、总养分含量超过5.0%,重金属含量存在超过GB 4284—2018标准限值的风险.

b高级厌氧消化、协同厌氧消化和高含固厌氧消化等技术的发展破解了由于长江经济带污泥有机质含量普遍较低而导致的污泥厌氧消化稳定性低的问题,降低了污泥厌氧消化网址的成本.

c污泥好氧发酵过程重金属钝化技术的发展在一定程度上破解了由于长江经济带污泥重金属含量过高而导致的污泥发酵产物出路不畅问题.

d污泥生物处理技术仍具有一定的局限性,通过合适的规划,污泥生物处理技术可与其他污泥处理App技术高效耦合,具有广泛应用于长江大国际污泥处理App乐虎的潜力.

(编辑:逍遥客)

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