污泥,作为污水处理的产物,污水当中一半的污染物都转移到了污泥当中,如果不进行妥善处理,将造成严重的二次污染。据统计,2004年我国污泥的产生量是1220万吨,预计到2010年将达到2740万吨。一方面是污泥不断地增加,另一方面与污水处理相比,污泥处理存在诸多问题。一是处理率低、工艺不完善;二是技术单一、装备水平落后;三是处置保障率低、二次污染风险大。清华大学环境科学与工程系教授王伟指出,目前我国每年有大量未经稳定处理的污泥没有正常出路,污水处理与污泥处理严重脱节。经过以王伟教授为首的科研小组多年的潜心研究和不断试验、改进,终于建立了一套完整、系统的污泥处理新技术——水热干化污泥处理组合技术,为污泥无害化处理率找到了一条新的出路。

提高污泥的脱水性能细胞破碎技术是关键

    那么污泥处理的难点在哪?王伟教授介绍说,污泥无害化处理比垃圾难,主要是由于含水率高。污泥的体积会随着含水率产生变化。另外,含水率高,热值越低。含水率80%的污泥,热值大约在100大卡左右,这样的污泥无法进行直接焚烧。

    但是对污泥进行干化,需要很高的成本,这是一个很大的矛盾。王伟教授介绍说:"我们国家目前大多采用的是CSTR混合式的传统发酵,能耗高、效益差。"污泥中含有细胞质和胶质,传统处理技术能够实现的污泥脱水极限只能达到70~80%,因此细胞破碎技术是污泥处理的关键所在。据王伟教授介绍,水热干化污泥处理技术就是在污泥浓缩后,通过水热干化破碎污泥中的细胞质,从而突破了污泥难脱水的技术瓶颈。水热干化技术可以提高污泥的脱水性能,灭菌并分解有机物,并可以回收生物质能,实现了减量化、无害化和资源化的目的,同时又大大降低了运行成本和处理能耗。

    水热干化污泥处理组合技术通过机械浓缩、水热反应、二次浓缩、脱水、冷——热泥换热、焚烧等技术的组合,实现系统的优化,从而进一步提高了系统整体的处理效率、降低了污泥中有害物质的含量、减轻了后续脱水处理的水负荷、降低了水热处理的能耗、提高了脱水泥饼的热值。王伟教授说:"我们在北小河豌豆机厂做的中试试验。使用这种技术,一个非常小的脱水机就可以使污泥的减量化达到95%以上。处理后的泥饼含水率是43%,热量为8021大卡。焚烧泥饼产生的热量提供污泥直接处理所需要的热源。我们通过一个预先的发热装置降低主要系统的能耗,然后通过二次浓缩池,主要是为了降低需要提高水力负荷。那么富余的能量还可以外供。"

冷——热泥换热降低能耗但面临专用设备开发问题

    针对干化过程当中最重要的能耗问题,王伟教授发明了一种冷——热泥换热装置。就是把冷泥在进入反应器之前和热泥进行交换,120℃的热泥与20℃的冷泥进行热交换,冷泥只需要升温40℃。"在没有压力的状态下,1公斤的水升高1℃是1大卡,我们1吨水需要升高40℃就是40多卡。与传统的蒸发干燥的工艺相比,同样把污泥含水率从80%降到50%的情况下,它的能耗降低了1/10。这就是这个技术能够实现节能的关键,一个是蒸发潜热,一个是没有蒸发潜热。"

    谈到这项技术的研发历程,王教授坦言并非一帆风顺,他说污泥处理的工艺和效果都没有问题,最大的问题是处理设备。因为污泥本身是一种复杂的混合物料,在处理前,污泥处于半固体状态、十分黏稠,是一个非流体、非连续的介质,不利于传输和反应过程中的传热传质,在设备上很难实现。为了提高污泥的传输性能、实现污泥的连续反应,必须采取一些工艺(如均化、浆化等)使污泥均质化、连续化。但是,这些工艺最终要通过设备实现,国内的设备制造水平较低,而且对于这样一个新的处理工艺,目前并没有现成的设备可以用,因此面临着专用设备的开发问题。

    展望污泥水热干化组合技术的应用前景,王教授信心百倍地说:"国内的污泥市场非常大。污水处理不能再‘事倍功半’,要从根本上解决污水处理的问题,就必须重视污泥的处理。"据王教授介绍,他研究水热干化污泥处理技术长达25年的时间,目前这项技术已经十分成熟了,整个系统的设计也基本完成,3年后将会建成这项技术的示范工程。