性质决定去向:国内污泥性质解析
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1。1 污泥的贫资源特征

污泥常被认为拥有巨大的资源化潜力。然而,无论从产量还是品质上,污泥资源化潜力远不如生活垃圾、农林废弃物等大宗废物。据国家统计局数据,2016年,我国生活垃圾清运量达2.0亿吨,而市政污泥产生量约4000万吨(以80%含水率的脱水污泥计),扣除水分后,干固体仅800万吨。我国污泥有机质含量普遍偏低,一般为30~60%,这意味着前述干固体中还有大量缺乏资源化价值的无机质。虽然这些无机质可以用于制建材,但这种方式更适宜称为废弃物消纳而非资源化利用。有机质中,难以生物降解的木质纤维素含量约14~30%,腐殖酸含量约10~15%,它们的存在进一步降低了污泥生物转化能源的效率。以污泥有机质含量60%为例,脱水污泥成分可以用图1(a)概括。从污泥干固体元素组成看,其碳含量相远低于生物质废物。根据对几十座南方污水厂污泥性质的调查,其平均元素组成如图1(b)所示,其中碳元素作为多种资源化处理技术的利用对象,其比例仅45%。从污泥有机物组成看,蛋白质是主要成分,但其含量不超过50%,其次是多糖、腐殖酸、脂类等。

因此,污泥是一种高含水率、多组分构成的复杂废物,无论是以有机质、无机质为资源化对象,还是单纯以某一类组分或元素为资源化对象,其在污泥中的比例都很低。因此,污泥具有贫资源的特点,如果仅围绕某一类组分设计处理流程,其效率不高,而对某一类组分(如生物炭、蛋白质、磷)的过度追求可能会导致处理费用和环境负荷的大幅增加,因此应从废弃物消纳的角度综合考虑污泥的处理处置系统。

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图1 脱水污泥的平均组成和元素含量

1.2 污泥的低热值特性

污泥能源化是污泥资源化的主要方向之一,其主要利用污泥中的有机质。然而,污泥中的大量水分不应忽略,应该纳入到整个处理流程中考虑。污泥干基热值与有机质含量的关系统计如图2所示。污泥有机质含量60%时,其干基热值约12000 kJ/kg,这意味着,1kg脱水污泥有机质热值约1440 kJ,低于水分蒸发所需的约2000 kJ热量。从这个角度看,污泥实际上是一种负热值或低热值废物,普通机械脱水+热干化+热化学处理(焚烧/混烧/热解/碳化等)均不能实现能量的净产出。上述技术路线实际上需要额外输入能量,并非严格意义上的“能源化”。

要降低污泥水分脱除的费用,可以采用太阳能、废热等廉价热能,但这需要合适的外部条件;而要减少水分蒸发能耗,可以通过强化机械脱水使污泥含水率从80%降至60%或更低,再进行热干化。尽管其电耗增加,但总的能耗要小于热干化。此外,还可以采用无需分离水分的有机质转化能源技术,如厌氧消化等。

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图2 污泥有机质含量与热值的关系

1.3 污泥的絮体结构特征

和一般的生物质废物不同,剩余污泥颗粒由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)为骨架的絮体构成,EPS之间由钙、镁等二价金属离子联结,而水分、细沙等被裹挟在絮体内。这些水分除少量自由水外,大量水分以附着水、毛细水、结合水的形式存在于絮体内部,难以脱除。污泥的高含砂量特性也会影响污泥处理设备的长期稳定运行,虽然可以通过离心机或水力旋流除砂器去除污泥中的砂砾,但这些方法对粒径小于200 μm的细砂分离效果一般,而且需要较大能耗。剩余污泥的这一絮体机构特征会对其脱水、干化和生物处理造成不利影响。(文章资料来源于污泥处理)

要进行科学的污泥处理处置,就必须充分认识污泥的贫资源、低热值和絮体结构特性,防止片面夸大污泥的资源属性,过度追求单一的资源化产品,而应在保证污泥无害化的前提下采用综合的污泥处理处置系统。


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