水专项助力我国城市污泥无害化处理技术的发展

近年来,随着国家节能减排战略的实施,水环境治理成效显著。但是,城镇污水处理厂产生的污泥绝大部分未得到有效处理处置,严重制约了污水处理设施环境效益和社会效益的充分发挥。水体污染控制与治理重大科技专项在设立之初,就前瞻性地将目光投向了污泥处理处置技术,2009年启动了城镇水污染控制与治理共性关键技术研究与示范项目“城市污水污泥减量、无害化与综合利用关键技术研究”课题,根据各地的共性技术需求,以有效防止城市污水处理厂污泥二次污染、提高资源化利用水平为目的,形成了具有自主知识产权的城市污水处理厂污泥处理处置工艺技术路线和设备。

根据我国不同地域污泥的泥质特点,课题组以无害化和资源化为目标,重点开展了污泥化学调理和深度脱水的机理、生物干化后土地利用方法、干化焚烧和二次污染控制等方面的研究,开发了污泥深度脱水装置、空心浆叶式干化机、异重流化床污泥焚烧锅炉等关键设备。

该课题取得了如下技术突破:一是以空心浆叶式污泥干化技术和异重流化床污泥焚烧技术为核心的污泥干化焚烧集成技术。课题组采用低压余热蒸汽作为污泥干化热源,通过空心浆叶式污泥干化机进行污泥热干化,从污泥干化过程产生的尾气中分离出不可凝的臭气,并送入污泥焚烧锅炉焚烧。针对污泥含水率高、灰量大的特点,课题组开发了异重流化床污泥焚烧技术,单炉污泥处理量可达500吨/天湿污泥以上。通过燃烧过程中污染物防治措施和尾部烟气净化技术,使污泥焚烧后的气态污染物,包括二恶英、氮氧化物、硫氧化物等的排放浓度优于国家标准。二是污泥深度脱水技术。针对纤维含量较高的污泥,课题组通过自主研发的化学调理剂改变污泥中水分赋存形态,再在常温常压下,采用高干度板框压滤机将含水率80%左右的湿污泥中的水分以液态的形式分离,脱水后污泥含水率可降至60%以下,其体积可减量约2/3,实现了污泥的减量化。三是污泥生物干化技术。针对有害物质含量少、没有工业污水混排的市政污泥,课题组开发了污泥生物干化后进行土地利用的工艺技术。在污泥生物干化能量平衡模型、污泥与辅料配比、干化翻动与通风控制等方面取得了突破。完成了生物干化污泥性质的检测、生物干化污泥在茶树、草坪和香蕉中的应用技术研究。四是湿污泥循环流化床一体化干化焚烧技术。课题组研究开发了将干化与焚烧耦合成一体的干化焚烧技术,在实现污泥最大程度的减容减量和无害化的基础上,使污泥处置工艺的能耗降低、热量利用率提高,并实现了集成系统的中试。

课题研制的污泥深度脱水技术对纤维含量较高的污泥可以脱至含水率60%以下,空心浆叶式干化机热耗(每蒸发1吨水分所消耗的蒸汽量)小于1.25吨,异重流化床污泥焚烧锅炉热效率≥80%,污染物排放高于国家《生活垃圾焚烧污染物控制标准》(GB18485-2001),投资成本低于进口技术的50%,每吨污泥运行成本节省近一半,达到国际领先水平。

该课题研究取得了丰硕成果,已申请国家专利32项,其中申请发明专利17项,形成了具有自主知识产权的城镇污水处理厂污泥处理处置工艺技术路线和设备,建成了富阳市1500吨/日污泥焚烧发电工程、嘉兴发电有限公司250吨/日污泥干化焚烧工程、杭州萧山300吨/日污泥浓缩脱水工程、厦门同安100吨/日污泥生物干化与土地利用工程、深圳100吨/日污泥生物干化与土地利用工程和杭州市100吨/日湿污泥循环流化床一体化焚烧工程共6项示范工程。除示范工程外,该课题成果还推广应用到杭州、天津、绍兴、平湖、海宁、温州等近15个工程项目中。据不完全统计,采用该课题技术处理的污泥量已达到7000吨/日,创造了新增产值8000万元以上的经济效益,有效改善了环境质量,为各地所面临的污泥无害化处理处置提供了技术选择,具有良好的社会效益和环境效益。