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)�？萍加邢薰娟惱^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(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。經(jīng)科學(xué)處置后，剩余污泥（改性污泥）中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、鉀和多種微量元素和植物生長(zhǎng)素及改良活性微生物，繁殖速度快，只要合理使用，不僅對(duì)改良土壤和生物肥料的功效卓越；由于改性污泥通過(guò)厭氧硝化處理后，增強(qiáng)絡(luò)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(guò)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(fù)墾材料、建筑材料、加工各類(lèi)構(gòu)件，降低綜合利用生產(chǎn)成本，對(duì)建筑材料、路基材料等抗壓強(qiáng)度逐年遞增，產(chǎn)品符合國(guó)家或行業(yè)要求均值，滿(mǎn)足市場(chǎng)需要，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)人類(lèi)氣候目標(biāo)，構(gòu)建碳達(dá)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(yīng)，達(dá)到零排放目標(biāo)。
其方案特點(diǎn)是：占地面積小，設(shè)備投資省，工藝先進(jìn)，較低能耗，運(yùn)行成本低，環(huán)境無(wú)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(lèi)氣候目標(biāo)競(jìng)賽已經(jīng)開(kāi)啟，我國(guó)已處于第四梯隊(duì)，位列全球第 28 位。從全球來(lái)看，多數(shù)國(guó)家已更新 NDC（國(guó)家自主貢獻(xiàn)）目標(biāo)。“碳中和”已成為全球大趨勢(shì)。
習(xí)近平總書(shū)記指出，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，是貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，是黨中央統(tǒng)籌國(guó)際國(guó)內(nèi)兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策。
近日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機(jī)制和政策措施的意見(jiàn)》中對(duì)完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的體制機(jī)制和政策措施作出部署：“……另一方面，推動(dòng)可再生能源就近開(kāi)發(fā)利用，完善支持分布式清潔能源發(fā)電的價(jià)格政策，各地區(qū)按就近原則優(yōu)先開(kāi)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(guò)清潔低碳能源滿(mǎn)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(fèi)格局”。
我國(guó)的碳減排將是一段艱苦的歷程，盡管全球越來(lái)越多的政府正在將碳中和目標(biāo)納入國(guó)家戰(zhàn)略，但就具體目標(biāo)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(gè)“氣候中性”大陸。美國(guó)加州和中國(guó)分別制定了 2045 年和 2060 年“碳中和”目標(biāo)。加州的目標(biāo)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(wú)法削減的排放量，而中國(guó)的目標(biāo)僅針對(duì)二氧化碳。
我國(guó)碳排放下降斜率更大。由于發(fā)展階段的不同，發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍經(jīng)歷“碳達(dá)峰”， 為達(dá)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(guó)碳排放總量仍在增加，需要經(jīng)歷 2030 年前“碳達(dá)峰”，然后走向 2060 年前“碳中和”。從實(shí)現(xiàn)“碳中和”的年限來(lái)看，比發(fā)達(dá)國(guó)家時(shí)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(guò)程著手，向可再生能源轉(zhuǎn)變或通過(guò)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(lèi)對(duì)能源利用的探索歷程，實(shí)際上是從利用核外電子到利用核內(nèi)電子的過(guò)程，但這恰是宇宙、物質(zhì)、能源發(fā)展的逆過(guò)程。
再生資源的回收綜合利用可以有效減少初次生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放。目前來(lái)看，市場(chǎng)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(dòng)力電池回收利用。
我國(guó)是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，對(duì)能源和礦產(chǎn)資源的需求穩(wěn)步增長(zhǎng)，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(qiáng)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(duì)外依存度，還可以減少大氣、水和土壤污染風(fēng)險(xiǎn)。為此，2021年3月，國(guó)家發(fā)改委等十部門(mén)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(dǎo)意見(jiàn)》，對(duì)大宗廢棄物綜合利用的原則、目標(biāo)、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(shí)現(xiàn)“無(wú)廢城市”，推進(jìn)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(wèn)
題為導(dǎo)向深化相關(guān)改革。
近期舉行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）污泥回收、循環(huán)、處理和處置標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)第八次全體會(huì)議上，我國(guó)提出了兩項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案，分別是《污泥回收、循環(huán)、處理和處置-污泥（高級(jí)）厭氧消化工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理指南》和《污泥及其資源化產(chǎn)品中重金屬污染物測(cè)定及其毒理學(xué)評(píng)價(jià)分級(jí)》。
隨著生活水平的提升、城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)廢棄物產(chǎn)生量不斷增長(zhǎng)。我們?cè)谙硎芗夹g(shù)發(fā)展帶來(lái)便捷的同時(shí)，也面臨著日趨嚴(yán)峻的“垃圾圍城”困境。“無(wú)廢城市”并不是沒(méi)有廢棄物產(chǎn)生，也不意味著廢棄物能完全資源化利用。“無(wú)廢城市”體現(xiàn)的是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，通過(guò)推動(dòng)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(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的題中之義。
“無(wú)廢城市”建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要凝聚各方共識(shí)、形成破解難題的合力。從技術(shù)創(chuàng)新的角度來(lái)看，對(duì)于技術(shù)難點(diǎn)要?jiǎng)訂T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(wú)廢城市”建設(shè)鋪平技術(shù)道路。從機(jī)制的角度來(lái)說(shuō)，發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制的作用，形成規(guī)模效應(yīng)是關(guān)鍵。需要通過(guò)政府引導(dǎo)和市場(chǎng)主導(dǎo)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(mén)協(xié)同方面，要打破壁壘，實(shí)現(xiàn)廢棄物管理信息“一張網(wǎng)”，明晰、落實(shí)各方主體責(zé)任。建設(shè)“無(wú)廢城市”，誰(shuí)都不是局外人，需要全社會(huì)的共同參與。倡導(dǎo)生產(chǎn)生活方式綠色化，提升公眾意識(shí)，凝聚民心、匯集民智，有效化解“鄰避效應(yīng)”，讓人人感受“鄰利成效”。期待未來(lái)有更多亮眼方案在各地實(shí)施，更廣泛的主體參與進(jìn)來(lái)，讓“無(wú)廢”成為現(xiàn)實(shí)，真正為城市發(fā)展減負(fù)。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口不斷增多，城鎮(zhèn)生活水平提升，對(duì)生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生污水處理量日益增加。與此同時(shí)，城市污水處理廠(chǎng)生化處理污水過(guò)程中剩余污泥處置量也急劇上升。剩余污泥生物成分復(fù)雜，種類(lèi)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(duì)地表水、地下水、土壤、空氣，造成環(huán)境污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
剩余污泥處理處置成為我國(guó)突出的環(huán)境問(wèn)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(wú)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(yīng)用。由于焚燒剩余污泥，運(yùn)行成本高、容易造成二次污染。
其一：剩余污泥進(jìn)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(guò)程污泥中膠狀物質(zhì)會(huì)隨同氣流導(dǎo)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(yùn)行費(fèi)用；
其二：剩余污泥進(jìn)入鍋爐中燃燒，含有金屬離子的煙氣（雖然減量），通過(guò)煙囪排放大氣層，導(dǎo)致空氣污染；
其三：剩余污泥進(jìn)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(guó)內(nèi)外剩余污泥處理處置方式均不理想，浪費(fèi)資源，無(wú)法消除對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成威脅的根源，其實(shí)剩余污泥是個(gè)寶，生物成分復(fù)雜，種類(lèi)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(gè)步驟簡(jiǎn)單易操作(具體運(yùn)作不做累述)：
一、污泥快速脫水：
城市污水處理廠(chǎng)生化處理污水過(guò)程中產(chǎn)生剩余污泥，通過(guò)污泥快速脫水設(shè)備（涵蓋束流脫水機(jī)、快速螺旋擠壓機(jī)、加藥罐等系統(tǒng)），實(shí)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(lèi)雜質(zhì)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作使用方便，污泥脫水效率高，投資省，運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)勢(shì)。
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(guó)內(nèi)污水處理廠(chǎng)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(jī)脫水后獲得的泥餅含水率仍達(dá)75%~85%，且殘留在污泥中的高分子有機(jī)物具有二次污染風(fēng)險(xiǎn)。在國(guó)家“十二五”規(guī)劃中規(guī)定，城市污水處理廠(chǎng)污泥含水率必須低于60%才能外運(yùn)，因此，需在污泥處理過(guò)程中加入調(diào)理劑進(jìn)行深度脫水。目前，關(guān)于調(diào)理劑對(duì)污泥深度脫水的影響和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開(kāi)了大量的工作。例如，吳幼權(quán)等(2009)采用復(fù)合絮凝劑 CAM-CPAM 調(diào)理污泥，以脫水率及沉降速率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲得了較好的脫水效果、李?lèi)鸬?2010)研究了表面活性劑對(duì)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(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)理劑對(duì)市政污泥進(jìn)行處理，脫水率可降至73%左右。可見(jiàn)，調(diào)理劑的應(yīng)用可以有效地降低污泥的含水率，這意味著未來(lái)處理的對(duì)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(chǎng)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(lèi)由微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)生的具有絮凝活性的有機(jī)物質(zhì)，具備環(huán)境友好和易降解的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)(Yi et al, 2011、郭俊元等，2012)，污泥中含有大量的有機(jī)物、蛋白質(zhì)、纖維素等，可為微生物的生長(zhǎng)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(jìn)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(dá)到2.0 g · L-1.以污水處理廠(chǎng)的脫水污泥為原料，通過(guò)超聲破碎獲得了微生物絮凝劑.但這些研究并沒(méi)有對(duì)污泥預(yù)處理后的性質(zhì)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，也沒(méi)有對(duì)微生物絮凝劑的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行深入的探討。因此，考察了不同污泥預(yù)處理方法對(duì)微生物絮凝劑制備及其性能的影響，通過(guò)檢測(cè)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(yù)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(jìn)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(guó)典型微生物保藏中心(保藏號(hào)：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。
