在2007水業(yè)高級技術論壇上，清華大學環(huán)境系教授王偉與參會代表分享了了我國污泥處理處置現狀、污泥處理標準、技術現狀和瓶頸等問題，并重點介紹了污泥的水熱干化處理技術。本文根據錄音整理成文，未經本人核實。

    各位領導、各位專家、各位來賓大家下午好！今天我要介紹的題目是：水熱干化污泥處理技術。先講一些污泥處理中存在的問題，這些都是個人的觀點，希望能跟各位討論。

    我國污泥的產生及處理處置現狀

    2004年我們國家污泥的產生量（按1.5t-DS/萬t-污水計）是1220萬噸，2010年是2740萬噸。一方面是污泥量不斷增加，另一方面我們國家的污泥處理和污水處理存在脫節(jié)的情況。一是處理率低，工藝不完善；二是技術單一，裝備水平落后。三是污泥的處置的保障率比較低，二次污染的風險比較大�，F在我們國家污水處理廠的出路就是填埋和農用。但是現在污水處理廠80%的污泥比較正規(guī)的垃圾填埋廠是拒絕進的。因為它對垃圾的操作影響很大，這就造成了病源微生物的損害，造成了環(huán)境的危險；三是污泥生產的成本高，國外大型的污水處理廠采用消化、機械脫水情況下，污水處理與污泥處理的投資比例為1：1.7。而我們國家在“十一五”期間有1：0.4。當然我們更寄希望于我們國家有更先進和更高的處理技術。

    從現狀來看，我們國家大部分的污水處理廠的污泥，并沒有得到真正、有效地處置，造成了很多污染的轉移。我這里面摘出來的是三峽庫區(qū)很多的污水處理廠，由于沒有到污泥后續(xù)出路的問題，所以帶來了污染的狀況。從另外一個角度來講，我們國家現狀的“重水輕泥”的結果造成了污水處理的效果“事倍功半”。

    我這里面有國家環(huán)�？偩值慕y(tǒng)計，就是污泥是污水處理的產物，在污水得到凈化的同時，約一半的污染物轉移到污泥中。不解決好污泥處理處置的問題，污水處理的效果只是事倍功半。

    從污泥處理的角度來講，污泥處理大家很清楚它是非常高投入和高能耗的過程。一方面污泥里面因為含有大量微生物的菌體和有機膠體物質，使機械脫水很困難。我們普通國內采用的機械脫水的方法，可以使污泥達到80%左右的含水率。第二個是污泥里面的有機物主要以固體形式存在，生物降解困難。

    實際上，大家都很關注污泥處理，那么污泥處理的難點在哪里？它比垃圾處理要難，垃圾一年有1.5億萬噸，而污泥只有幾萬噸，其實只有垃圾的1/10左右，但是大家感覺到了很多的問題。含水率高是很大的問題。污泥的含水率變化非常劇烈，就是含水率高上去了，污泥的體積會迅速增加，如果從95%降到80%體積會迅速減少，從80%降到75%體積又會減少很多。同時，污泥含水率越高，熱值就越低。我們現在的含水率大概是80%，就是熱值是100多大卡左右。這樣低的熱值的污泥直接焚燒，顯然是無法完成焚燒過程的。也需要去干化，或者是需要添加輔助燃料，才能夠完成焚燒的過程。如果把污泥里面的水分降低到50%，那么熱值是1200大卡左右。

這個就是我們國家的污泥處理的現狀，基本上是直接填埋、堆肥或者是干化焚燒。但是直接填埋，除了剛才幾位專家介紹的情況以外，還有一個情況就是歐盟新出的填埋法則已經限制了填埋處置，但是將會對世界各國產生重要的影響。那么二次處理里面產生的污泥有機物是70%到80%。這樣將來會受到越來越多的限制，那么堆肥由于含水率高，所以會產生惡臭等等的狀況。

    污泥處理的標準

    這里面介紹到的是我們國家的農用標準污泥堆肥，污泥作為農用的標準是不是太嚴格了？這是我個人的觀點，我認為標準不是太嚴格了，而是不健全。因為我們國家只限制了污泥重金屬的濃度值。

    這是美國的農用標準，剛才張總（編者注：上海市政院張辰總工）也介紹了。它有一個最高值，允許進入農田的值很多都比我們高，但是它有一個月評的濃度。從這里面我們和他的最高濃度比，我們比它嚴格，但是和它的月平均還有一個累計適應量等等的指標來比的話，它有一些年施用量和施用率，不會對累計造成影響。

    那么日本的情況也是這樣的，它有一個標準，另外還有一個年施用量的限制，使得能夠滿足和保證土壤的自然凈化的能力，來順應肥料的狀況。在歐盟也是這樣的情況。

    污泥處理目的、技術現狀和技術瓶頸

    污泥處理的目的和我們所有的有機物都有關系。一是減少水分，為后續(xù)處理、利用和運輸創(chuàng)造條件，減少最終處置的溶劑。再一個是無害化，殺滅或去除污泥中的病原菌、有機物及其他有毒有害物質。第三個就是資源化，改善污泥的成分和性質，以利于回收能量和資源。

    污泥處理的技術現狀：一是污泥處理以濃縮、消化、脫水為主，處置率低。流行工藝一個是干燥焚燒，就是現在很多的企業(yè)在推動這個東西，通過干燥的方法把水分降下來或者是提上去。但是對于我們各地的排水集團來講，最大的問題就是成本的問題，我需要高的投資，這是一個很大的矛盾。再一個就是脫水以后再半干化，然后做堆肥。如果半干化做堆肥，可能它的運行成本要比焚燒還要貴，因為它后面是沒有能量的節(jié)約利用，而焚燒再利用的可能性很高。大家仔細算一下，半干化堆肥的成本更高。

    那么污泥處理的技術瓶頸在什么地方呢？就是說污泥最大的、最主要的特征就是它含有大量的細胞質和膠體物質，這造成了脫水困難。我們的現狀是脫水到80%左右。由于含水率高，使得污泥的減量化效果差，處理能耗高。如果能夠使污泥絕對干燥，就不是問題了，也就100多萬噸，早就填埋了，主要還是效率的問題。

    那么消化工藝現在我們國家采用的是CSTR混合式的傳統(tǒng)的發(fā)酵，一般就是最傳統(tǒng)的發(fā)酵。所以它的效率并不是特別高，另外污泥本身的性質就是難降解的，這使得污泥里面大量的物質沒有得到高效地回收。這樣的問題帶來了我們污泥處理的能耗高、運行成本高和效益差的問題，這是我們面臨的現狀，也是各個排水集團或者是水廠一個很頭疼的問題。

    那么形成這種問題的原因就是由于污泥處理長期缺位造成的�，F在隨著污泥處理的增加和污泥量的增加，越來越認識到了處理的重要性，能夠用更高效和更科學的技術解決我們國家的污泥處理的問題。

 

污泥處理的關鍵

    污泥處理的關鍵是三個方面，第一個就是降低含水率是實現系統(tǒng)節(jié)能降耗的基礎，因為含水率高使得它的堆肥有困難。那么污泥怎么才能降低它的含水率，這主要就是細胞破碎技術，是從細胞上來解決，用超聲等等的技術來解決這個問題。

    第二個是提高消化效率是實現系統(tǒng)能源回收的核心。但是污泥處理現在厭氧消化技術有很大的發(fā)展，像USB和ASB有很多的方法，但是這個對于含有大量懸浮物體的污泥并不適用。所以我們還是用CSTR的技術。如果我們把它的脫水性能轉變了，我們可以把30天的停留時間變成3天的停留時間，我的效率可以提高10倍。

    那么第三個就是有一個過程的優(yōu)化集成。我想污泥處理不是靠一個工藝或者是靠一個技術，或者是簡單地加料。實際上污泥處理是一個系統(tǒng)，需要系統(tǒng)的優(yōu)化組合，才能提高整個系統(tǒng)的效率。

    污泥處理的水熱干化組合技術

    技術的目標是減量化、無害化和資源化。

    水熱干化組合技術就是把污泥在一個濃縮的狀態(tài)，在一個液態(tài)的情況下，通過加熱的方式，使得里面的細胞質或者是膠體物質得到破壞，他的脫水性能得到大量改善。那么我們普通的污泥直接用脫水機可以脫到80%，那么水熱干化之后可以提高50%。

    第二個它的水熱處理是在170、180度的條件下進行的，這樣的情況下，幾乎所有的細菌都會被殺滅。污泥經過水熱干化以后，100多度的條件下進行分解，它的有機物的生物降解性提高了，那么我們可以用USB的方法替代傳統(tǒng)的CSTR，我的效率可以從40%提高到80%，這樣實現了資源回收的效益。

    從水熱干化效果圖可以看出，黑色的曲線是成長緩慢的曲線，在180度的時候效果反而更差。在120度甚至到150、170度的時候，這個界面會在很短的時間成長。這是黏度的改善圖，在170度的情況下，不同的處理時間，我們可以看到大概在10到15分鐘的時間，污泥的黏度從6000降低到1000以下的水平。經過170度的處理之后，污泥就變成了連續(xù)的流態(tài)的狀態(tài)，這就是它的形狀改變的效果。

    脫水就是將沒有經過處理的污泥，通過機械的方法把其中自由水去掉。而污泥里面有很多的毛細水、間隙水、吸附水、內部水靠機械的方法是很難去除的。那么我們通過水熱的處理方法，把這樣的一個膠體的結構，我們把它打碎了。這個是它的基原理。我們在北小河做的試驗，污泥處理之后的，脫水率大概是50%到55%左右。
 

我們的厭氧技術在這幾年有了非常大的技術進步，為我們高效處理污泥提供了非常好的基礎。但是這個高效的厭氧技術不能直接應用到這個污泥的領域，一方面是厭氧技術快速地進步，另外一方面我們污泥的厭氧的消化一直沿用傳統(tǒng)的消化技術。這樣兩者不能適應，我們可以通過水熱干化技術，使得SRT和HRT分離，有利提高ASBR。

    這個是我們一個博士生做的ASBR的水熱處理的情況，可以提高固體有機物的轉化效率。我把固體大量地存留在反應器里面，讓它有更長的時間反應，可以有更高的效率。我們做到在20天，污泥的量達到70%左右，比我們國家的污泥直接的消化平均提高1倍的效率。

    我們通過研究提出了濃縮、水熱干化、脫水、消化等的主題思路。有兩套思路，一個是水熱干化、脫水，然后脫水泥餅，然后焚燒之后處置。還有一種是我們用ASBR消化，然后再處置。

    廈門是我們在北小河做試驗的時候采用的工藝流程圖。濃縮物一進來之后，和反應器降熱，然后進入二次濃縮池，可以濃縮到10%左右，后續(xù)的水力負荷大大降低。上清液做一個USB，它的泥餅有8000千焦的熱能。最后焚燒，產生的熱量提供污泥直接處理所需要的熱源。我們通過發(fā)熱降低主要系統(tǒng)的能耗，然后通過二次濃縮池，主要是為了降低水力負荷。那么富余的能量還可以外供。

    如果實現了消化，不包括焚燒，大概系統(tǒng)污泥的減量化可以達到95%以上。我們實驗最后得到的樣品的分析，含水率是43%，在這種情況下它的能量是8021大卡。

    所謂的水熱干化技術，是通過機械濃縮，提高系統(tǒng)整體的處理效率，減小水熱處理反應器的容積，經過濃縮后污泥含固率達5%以上。通過水熱反應，在一定的溫度和壓力下，污泥中約30%的懸浮固體發(fā)生溶解轉移至液相，上清液COD濃度增加。通過二次濃縮，依靠污泥良好的沉降性能，在較短的時間內可以將污泥濃縮至含固率10%左右，從而大大減輕后續(xù)脫水處理的水力負荷。最后是脫水，使水熱污泥的脫水性能得到改善，直接脫水可得到含固率大于50%的泥餅。與直接脫水工藝相比，可以實現污泥減量80%以上；

    最后是一個冷-熱泥換熱的情況，我們可以讓熱泥和冷泥通過熱交換變成60度左右。下面是我們每天處理200噸污泥的物料平衡。謝謝大家！

    提問：王教授您好！因為您要把含水90%多的污泥升到70%多的污泥，這個能耗是怎么樣的？

    王偉：實際上我剛才介紹到了這個問題，我們在這個系統(tǒng)里面引入了換熱的裝置，就是把冷泥在進入反應器之前和熱泥進行交換，熱泥是120度，冷泥是20度，但是換熱的溫度是40度，所以污泥只需要升溫40度。而且在沒有壓力的狀態(tài)下，我們一噸污泥需要升高40度是40大卡。如果采用干化的方法，這個水在這樣的能量投入，我下面用機械投入法，很低的能量就可以把這個水拿走了。如果我們用干化的方法來處理，我如果把這個從80%降低到50%，一噸污泥蒸發(fā)掉600公斤的水，才能達到50%的含水率。那么就是36大卡，差不多是我們這樣的能耗和傳統(tǒng)的蒸發(fā)干燥的工藝，同樣地從80%降到50%的情況下，它的能耗降低的1/10。這就是這個技術能夠實現節(jié)能的關鍵，一個是蒸發(fā)潛熱，一個是沒有蒸發(fā)潛熱。