消除污泥中病原體種屬難聞異味金屬離子
資源綜合利用零排放解決方案
（福建源固節(jié)能環(huán)保科技有限公司陳繼光13805066278）
摘要：剩余污泥中的病原體種屬，難聞異味，金屬離子、放射性等物質(zhì)及雜質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重威脅。經(jīng)科學處置后，剩余污泥（改性污泥）中含有豐富的有機質(zhì)、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、鉀和多種微量元素和植物生長素及改良活性微生物，繁殖速度快，只要合理使用，不僅對改良土壤和生物肥料的功效卓越；由于改性污泥通過厭氧硝化處理后，增強絡合物質(zhì)的密度、重度、粘性、活性與韌性等指數(shù)，若與城市或農(nóng)村內(nèi)（因地制宜）建筑垃圾、各種淤泥、各種礦渣、各種廢渣、各種糞便、各種可燃工業(yè)邊角料、各種竹木葉草秸稈生物質(zhì)廢渣，通過合成技術(shù)處理工藝，提高合成產(chǎn)品的質(zhì)量，可生產(chǎn)：沼氣發(fā)電、化工原料、農(nóng)用產(chǎn)品、優(yōu)質(zhì)肥料、生物質(zhì)顆粒燃料、路基材料、河堤材料、復墾材料、建筑材料、加工各類構(gòu)件，降低綜合利用生產(chǎn)成本，對建筑材料、路基材料等抗壓強度逐年遞增，產(chǎn)品符合國家或行業(yè)要求均值，滿足市場需要，實現(xiàn)適應人類氣候目標，構(gòu)建碳達峰碳中和，加速回收廢棄物質(zhì)資源綜合利用與能量轉(zhuǎn)化，綠色環(huán)保、節(jié)能降耗、低碳發(fā)展、解決“垃圾圍城”困境，形成生態(tài)規(guī)模效應，達到零排放目標。
其方案特點是：占地面積小，設(shè)備投資省，工藝先進，較低能耗，運行成本低，環(huán)境無污染。
關(guān)鍵詞：消除剩余污泥中病原體種屬，難聞異味，金屬離子；回收危廢棄物質(zhì)資源綜合利用零排放解決方案。
目前，全人類氣候目標競賽已經(jīng)開啟，我國已處于第四梯隊，位列全球第 28 位。從全球來看，多數(shù)國家已更新 NDC（國家自主貢獻）目標。“碳中和”已成為全球大趨勢。
習近平總書記指出，實現(xiàn)碳達峰碳中和，是貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，是黨中央統(tǒng)籌國際國內(nèi)兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策。
近日，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機制和政策措施的意見》中對完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的體制機制和政策措施作出部署：“……另一方面，推動可再生能源就近開發(fā)利用，完善支持分布式清潔能源發(fā)電的價格政策，各地區(qū)按就近原則優(yōu)先開發(fā)利用本地清潔低碳能源資源，根據(jù)需要積極引入?yún)^(qū)域外清潔低碳能源，形成優(yōu)先通過清潔低碳能源滿足新增用能需求并逐漸替代存量化石能源的能源生產(chǎn)消費格局”。
我國的碳減排將是一段艱苦的歷程，盡管全球越來越多的政府正在將碳中和目標納入國家戰(zhàn)略，但就具體目標而言， 仍有區(qū)別。如歐盟在 2020 年 3 月提交《氣候中性法》，旨在從法律層面確保歐洲到2050 年成為首個“氣候中性”大陸。美國加州和中國分別制定了 2045 年和 2060 年“碳中和”目標。加州的目標包括削減所有溫室氣體排放，包括二氧化碳、甲烷等，并抵消其無法削減的排放量，而中國的目標僅針對二氧化碳。
我國碳排放下降斜率更大。由于發(fā)展階段的不同，發(fā)達國家已普遍經(jīng)歷“碳達峰”， 為達到 2050 年“碳中和”，更大程度上只是延續(xù)以往的減排斜率。而我國碳排放總量仍在增加，需要經(jīng)歷 2030 年前“碳達峰”，然后走向 2060 年前“碳中和”。從實現(xiàn)“碳中和”的年限來看，比發(fā)達國家時間更緊迫，碳排放下降的斜率更大。
這意味著我們需要從燃料燃燒/非燃燒過程著手，向可再生能源轉(zhuǎn)變或通過節(jié)能降耗、綜合利用的措施減少二氧化碳的排放。
回顧人類對能源利用的探索歷程，實際上是從利用核外電子到利用核內(nèi)電子的過程，但這恰是宇宙、物質(zhì)、能源發(fā)展的逆過程。
再生資源的回收綜合利用可以有效減少初次生產(chǎn)過程中的碳排放。目前來看，市場潛力主要集中在三大領(lǐng)域：
1）高耗能行業(yè)（鋼鐵、水泥、鋁和塑料）的產(chǎn)品再生；
2）廢棄物（各種污泥、各種淤泥、各種尾礦、各種礦渣、各種廢渣、各種糞便、各種可燃工業(yè)邊角料、各種竹木葉草秸稈生物質(zhì)廢渣）的能源化綜合利用；
3）動力電池回收利用。
我國是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，對能源和礦產(chǎn)資源的需求穩(wěn)步增長，大宗廢棄物的產(chǎn)生量和歷史堆存量持續(xù)處于高位。若強化其綜合利用，提升資源利用率，不僅能夠節(jié)約原生資源，降低資源的對外依存度，還可以減少大氣、水和土壤污染風險。為此，2021年3月，國家發(fā)改委等十部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》，對大宗廢棄物綜合利用的原則、目標、效率、綠色發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展及資源的高效利用作出了部署。為了實現(xiàn)“無廢城市”，推進大宗工、農(nóng)、建廢棄物其綠色、低碳和高效綜合利用，有必要以問
題為導向深化相關(guān)改革。
近期舉行的國際標準化組織（ISO）污泥回收、循環(huán)、處理和處置標準化技術(shù)委員會第八次全體會議上，我國提出了兩項國際標準提案，分別是《污泥回收、循環(huán)、處理和處置-污泥（高級）厭氧消化工藝設(shè)計和運行管理指南》和《污泥及其資源化產(chǎn)品中重金屬污染物測定及其毒理學評價分級》。
隨著生活水平的提升、城市化進程的加快，我國廢棄物產(chǎn)生量不斷增長。我們在享受技術(shù)發(fā)展帶來便捷的同時，也面臨著日趨嚴峻的“垃圾圍城”困境。“無廢城市”并不是沒有廢棄物產(chǎn)生，也不意味著廢棄物能完全資源化利用。“無廢城市”體現(xiàn)的是循環(huán)經(jīng)濟的理念，通過推動形成綠色發(fā)展方式和生活方式，有效利用廢棄物、降低廢棄物產(chǎn)生、解決歷史堆存廢棄物，保證良性循環(huán)，這也是踐行新發(fā)展理念、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的題中之義。
“無廢城市”建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，需要凝聚各方共識、形成破解難題的合力。從技術(shù)創(chuàng)新的角度來看，對于技術(shù)難點要動員多方面科研力量參與，協(xié)同創(chuàng)新，突破廢棄物循環(huán)再利用的技術(shù)瓶頸，為“無廢城市”建設(shè)鋪平技術(shù)道路。從機制的角度來說，發(fā)揮市場機制的作用，形成規(guī)模效應是關(guān)鍵。需要通過政府引導和市場主導相結(jié)合，發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體作用，提升廢棄物循環(huán)利用水平。在部門協(xié)同方面，要打破壁壘，實現(xiàn)廢棄物管理信息“一張網(wǎng)”，明晰、落實各方主體責任。建設(shè)“無廢城市”，誰都不是局外人，需要全社會的共同參與。倡導生產(chǎn)生活方式綠色化，提升公眾意識，凝聚民心、匯集民智，有效化解“鄰避效應”，讓人人感受“鄰利成效”。期待未來有更多亮眼方案在各地實施，更廣泛的主體參與進來，讓“無廢”成為現(xiàn)實，真正為城市發(fā)展減負。
隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，人口不斷增多，城鎮(zhèn)生活水平提升，對生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生污水處理量日益增加。與此同時，城市污水處理廠生化處理污水過程中剩余污泥處置量也急劇上升。剩余污泥生物成分復雜，種類多，數(shù)量大，并含有大量病原體種屬，難聞異味，金屬離子、放射性等物質(zhì)及雜質(zhì)。極易對地表水、地下水、土壤、空氣，造成環(huán)境污染，對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重威脅。
剩余污泥處理處置成為我國突出的環(huán)境問題，如今，處理方式有：衛(wèi)生填埋、污泥堆肥農(nóng)用，病原體種屬和金屬離子、放射性等物質(zhì)尚存如何處理?污泥干化處理，耗能高，金屬離子、放射性等物質(zhì)無法根除；剩余污泥焚燒減量化，處理速度快，可以回收較少能量用于發(fā)電和供熱等而推廣應用。由于焚燒剩余污泥，運行成本高、容易造成二次污染。
其一：剩余污泥進入鍋爐中燃燒，由于污泥中有大量微生物膠狀物質(zhì)，燃燒過程污泥中膠狀物質(zhì)會隨同氣流導入鍋爐耐火磚墻壁凝結(jié)、粘灰，容易堵塞空氣通道，影響傳熱效率，增加停爐檢修頻次，提高運行費用；
其二：剩余污泥進入鍋爐中燃燒，含有金屬離子的煙氣（雖然減量），通過煙囪排放大氣層，導致空氣污染；
其三：剩余污泥進入鍋爐中燃燒，含有金屬離子的灰分（雖然減
量），填埋處置，污染土壤，破壞土地資源。
目前，國內(nèi)外剩余污泥處理處置方式均不理想，浪費資源，無法消除對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成威脅的根源，其實剩余污泥是個寶，生物成分復雜，種類多，數(shù)量大，只要合理地處置，就能變廢為寶。
本文介紹污泥處理處置低碳和高效資源綜合利用零排放解決方案：
四個步驟簡單易操作(具體運作不做累述)：
一、污泥快速脫水：
城市污水處理廠生化處理污水過程中產(chǎn)生剩余污泥，通過污泥快速脫水設(shè)備（涵蓋束流脫水機、快速螺旋擠壓機、加藥罐等系統(tǒng)），實現(xiàn)脫水污泥含水率降至40%以下，有效去除脫水污泥中水份及各類雜質(zhì)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作使用方便，污泥脫水效率高，投資省，運行費用較低等優(yōu)勢。
剩余污泥+絮凝劑 脫水污泥+澄清液
污泥快速脫水設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖
1、初始污泥含水率一般在97%~99%，目前國內(nèi)污水處理廠多采用聚丙烯酰胺(PAM)高分子絮凝劑作為調(diào)理劑，經(jīng)離心或帶式壓濾機脫水后獲得的泥餅含水率仍達75%~85%，且殘留在污泥中的高分子有機物具有二次污染風險。在國家“十二五”規(guī)劃中規(guī)定，城市污水處理廠污泥含水率必須低于60%才能外運，因此，需在污泥處理過程中加入調(diào)理劑進行深度脫水。目前，關(guān)于調(diào)理劑對污泥深度脫水的影響和應用，國內(nèi)外學者展開了大量的工作。例如，吳幼權(quán)等(2009)采用復合絮凝劑 CAM-CPAM 調(diào)理污泥，以脫水率及沉降速率為主要評價指標，獲得了較好的脫水效果、李愷等(2010)研究了表面活性劑對改善污泥脫水性能的影響，結(jié)果表明，加調(diào)理劑后的泥餅含水率可降至68.73%、劉歡等(2011)采用FeCl3與生石灰、粉煤灰兩種骨架構(gòu)建體為主要成分的無機復合調(diào)理劑對市政污泥進行處理，脫水率可降至73%左右。可見，調(diào)理劑的應用可以有效地降低污泥的含水率，這意味著未來處理的對象多為深度處理污泥。
2、以絮凝劑為主體的絮凝技術(shù)是污水處理廠采用的改善污泥脫水性能的主要技術(shù)之一，其中，微生物絮凝劑是一類由微生物代謝活動產(chǎn)生的具有絮凝活性的有機物質(zhì)，具備環(huán)境友好和易降解的優(yōu)點，已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的重點(Yi et al, 2011、郭俊元等，2012)，污泥中含有大量的有機物、蛋白質(zhì)、纖維素等，可為微生物的生長和代謝提供豐富的碳源和氮源，因此，利用污泥生產(chǎn)微生物絮凝劑，可在一定程度上促進污泥資源化，并降低微生物絮凝劑的生產(chǎn)成本(Drouin et al, 2008、Tian，2008)研究發(fā)現(xiàn)，菌株Serratia sp.1利用經(jīng)121 ℃熱解15 min后的生物濾池污泥生產(chǎn)微生物絮凝劑，產(chǎn)量可達到2.0 g · L-1.以污水處理廠的脫水污泥為原料，通過超聲破碎獲得了微生物絮凝劑.但這些研究并沒有對污泥預處理后的性質(zhì)進行跟蹤檢測，也沒有對微生物絮凝劑的實際應用效果進行深入的探討。因此，考察了不同污泥預處理方法對微生物絮凝劑制備及其性能的影響，通過檢測污泥在熱處理、酸熱處理、堿熱處理前后性質(zhì)的變化，以及預處理前后污泥制備微生物絮凝劑的產(chǎn)量及絮凝性能，選取其中高效者，進一步研究其在污泥脫水中的性能。Rhodococcus erythropolis菌株及微生物絮凝劑保藏于中國典型微生物保藏中心(保藏號：ACCC.10543)，用以制備微生物絮凝劑的污泥氧化溝工藝，污泥中干污泥量(DS)和污泥比阻(SRF)分別為11.5%和11.4×1012 m · kg-1，污泥的其它性質(zhì)如表 1所示。
