污泥,作為污水處理的產物,污水當中一半的污染物都轉移到了污泥當中,如果不進行妥善處理,將造成嚴重的二次污染。據統計,2004年我國污泥的產生量是1220萬噸,預計到2010年將達到2740萬噸。一方面是污泥不斷地增加,另一方面與污水處理相比,污泥處理存在諸多問題。一是處理率低、工藝不完善;二是技術單一、裝備水平落后;三是處置保障率低、二次污染風險大。清華大學環境科學與工程系教授王偉指出,目前我國每年有大量未經穩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。經過以王偉教授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、系統的污泥處理新技術——水熱干化污泥處理組合技術,為污泥無害化處理率找到了一條新的出路。

提高污泥的脫水性能細胞破碎技術是關鍵

    那么污泥處理的難點在哪?王偉教授介紹說,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。

    但是對污泥進行干化,需要很高的成本,這是一個很大的矛盾。王偉教授介紹說:"我們國家目前大多采用的是CSTR混合式的傳統發酵,能耗高、效益差。"污泥中含有細胞質和膠質,傳統處理技術能夠實現的污泥脫水極限只能達到70~80%,因此細胞破碎技術是污泥處理的關鍵所在。據王偉教授介紹,水熱干化污泥處理技術就是在污泥濃縮后,通過水熱干化破碎污泥中的細胞質,從而突破了污泥難脫水的技術瓶頸。水熱干化技術可以提高污泥的脫水性能,滅菌并分解有機物,并可以回收生物質能,實現了減量化、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通過機械濃縮、水熱反應、二次濃縮、脫水、冷——熱泥換熱、焚燒等技術的組合,實現系統的優化,從而進一步提高了系統整體的處理效率、降低了污泥中有害物質的含量、減輕了后續脫水處理的水負荷、降低了水熱處理的能耗、提高了脫水泥餅的熱值。王偉教授說:"我們在北小河豌豆機廠做的中試試驗。使用這種技術,一個非常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。焚燒泥餅產生的熱量提供污泥直接處理所需要的熱源。我們通過一個預先的發熱裝置降低主要系統的能耗,然后通過二次濃縮池,主要是為了降低需要提高水力負荷。那么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備開發問題

    針對干化過程當中最重要的能耗問題,王偉教授發明了一種冷——熱泥換熱裝置。就是把冷泥在進入反應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℃。"在沒有壓力的狀態下,1公斤的水升高1℃是1大卡,我們1噸水需要升高40℃就是40多卡。與傳統的蒸發干燥的工藝相比,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。這就是這個技術能夠實現節能的關鍵,一個是蒸發潛熱,一個是沒有蒸發潛熱。"

    談到這項技術的研發歷程,王教授坦言并非一帆風順,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備。因為污泥本身是一種復雜的混合物料,在處理前,污泥處于半固體狀態、十分黏稠,是一個非流體、非連續的介質,不利于傳輸和反應過程中的傳熱傳質,在設備上很難實現。為了提高污泥的傳輸性能、實現污泥的連續反應,必須采取一些工藝(如均化、漿化等)使污泥均質化、連續化。但是,這些工藝最終要通過設備實現,國內的設備制造水平較低,而且對于這樣一個新的處理工藝,目前并沒有現成的設備可以用,因此面臨著專用設備的開發問題。

    展望污泥水熱干化組合技術的應用前景,王教授信心百倍地說:"國內的污泥市場非常大。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。"據王教授介紹,他研究水熱干化污泥處理技術長達25年的時間,目前這項技術已經十分成熟了,整個系統的設計也基本完成,3年后將會建成這項技術的示范工程。