清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王偉：基于水熱技術(shù)的污泥處理利用整體解決方案

　　2017年4月13-15日，由中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)建設(shè)行業(yè)分會(huì)主辦，《水工業(yè)市場(chǎng)》雜志承辦的“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)論壇”在京召開，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王偉在會(huì)上做了主題報(bào)告，報(bào)告主要圍繞城市污泥的產(chǎn)生與處理現(xiàn)狀、污泥處理處置相關(guān)政策和目標(biāo)、水熱預(yù)處理+高級(jí)厭氧消化技術(shù)等內(nèi)容展開。

　　王偉，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域?yàn)椋撼鞘惺Ｓ辔勰嗵幚砑夹g(shù)、危險(xiǎn)固體廢物處理處置技術(shù)、城市典型生物質(zhì)廢物高效厭氧消化處理技術(shù)、木質(zhì)生物質(zhì)廢物新型高效熱解技術(shù)、填埋氣體分離提純利用技術(shù)。

　　清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王偉

　　城市污泥的產(chǎn)生與處理現(xiàn)狀

　　近年來，我國加大污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資，污水處理率大幅提高，2015年城市污水處理率達(dá)到91.9%，縣城污水處理率達(dá)到85.22%，全國污水處理總量達(dá)到508億噸/年。隨著污水處理率的提高，污泥產(chǎn)生量迅速增加，產(chǎn)率按1.5t-DS/萬m3計(jì)，含水80%脫水污泥的年產(chǎn)量達(dá)到3810萬噸/年。

　　《“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》要求，到2015年，直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市污泥無害化處理率達(dá)到80%，其他城市達(dá)到70%。而多項(xiàng)權(quán)威報(bào)告指出，我國70%～80%的市政污泥仍然沒有得到有效處置。

　　污泥的污染特性包括病原微生物;氮、磷等營養(yǎng)成分污染;有機(jī)污染物;重金屬污染;鹽分污染等。污泥的無控排放將會(huì)為生態(tài)環(huán)境帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

　　污泥處理處置相關(guān)政策和目標(biāo)

　　污泥處理技術(shù)體系

　　“十一五”、“十二五”期間，科技部投入大量經(jīng)費(fèi)支持污泥處理技術(shù)的研發(fā)和轉(zhuǎn)化應(yīng)用，產(chǎn)生了一批關(guān)鍵工藝技術(shù)、重大工程裝備等創(chuàng)新性成果，建設(shè)了一批工藝先進(jìn)性、技術(shù)指標(biāo)和處理規(guī)模均超過發(fā)達(dá)國家的污泥處理設(shè)施，并開始在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。

　　同時(shí)，污泥處理處置技術(shù)政策也相繼出臺(tái)：《水十條》要求2017年達(dá)標(biāo)改造，2020年地級(jí)市無害化處理率達(dá)到90%以上;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南》中指出，污泥循環(huán)利用，一是土地利用，將污泥中的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素補(bǔ)充到土地;二是通過厭氧消化或焚燒等技術(shù)回收污泥中的能量。

　　污泥處理處置的目標(biāo)正在向以安全、可靠、先進(jìn)、資源回收為原則，以污泥處理利用的整體解決方案為需求的方向邁進(jìn)。

　　清華大學(xué)的相關(guān)研究

　　針對(duì)污泥處理處置技術(shù)，清華大學(xué)進(jìn)行了相關(guān)研究工作，旨在為城市污泥處理處置提供一套完整的技術(shù)方案。

　　研究包括：

　　1、減量化

　　水熱+深度脫水 → 降低污泥含水和干化能耗，污泥充分減量

　　2、能源化

　　厭氧消化+沼氣提純 → 清潔生物燃?xì)?o:p>

　　熱解氣化 → 高溫蒸汽，生物炭產(chǎn)品

　　3、建立完整的技術(shù)路線

　　4、裝備的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、成套化

　　水熱預(yù)處理+高級(jí)厭氧消化技術(shù)

　　含水率高一直是污泥處理處置的難點(diǎn)所在，污泥含水率越高，熱值越低，當(dāng)含水率低于50%時(shí)，才適合焚燒。污泥中含有的大量微生物細(xì)胞和有機(jī)膠體物質(zhì)是導(dǎo)致機(jī)械脫水困難的原因;污泥中有機(jī)物主要以固體形式存在，是生物降解困難的原因。污泥含水率是制約污泥處置和利用的關(guān)鍵問題，清華大學(xué)對(duì)此問題進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，研發(fā)了水熱預(yù)處理+高級(jí)厭氧消化技術(shù)。

　　水熱處理可將污泥細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，將胞內(nèi)水釋放變?yōu)樽杂伤?，將固體有機(jī)物溶解變?yōu)槿芙庑杂袡C(jī)物，降低污泥中束縛水的總量，使污泥粘度降低，沉降性能改善，脫水干度顯著提高。

　　清華大學(xué)針對(duì)水熱處理技術(shù)進(jìn)行了設(shè)備研發(fā)，在多類型反饋控制方案基礎(chǔ)上，開發(fā)了污泥多級(jí)閃蒸連續(xù)供熱多點(diǎn)控制反應(yīng)系統(tǒng)自動(dòng)控制方案，進(jìn)一步降低能耗20%;研發(fā)了強(qiáng)化傳質(zhì)型水熱反應(yīng)器，系統(tǒng)可直接接受含水率大于70%的脫水泥餅，從而進(jìn)一步降低了單位污泥的蒸汽耗量。

　　多級(jí)閃蒸水熱預(yù)處理系統(tǒng)

　　此外，清華大學(xué)研究組還將水熱強(qiáng)化水解與厭氧消化工藝結(jié)合。在沉降性能改善和厭氧消化性能改善的基礎(chǔ)上進(jìn)行了水熱混合物料ASBR消化，在脫水性能改善和厭氧消化性能改善的基礎(chǔ)上進(jìn)行了水熱物料濾液UASB消化。實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)廢物潛能回收利用的最大化和生物質(zhì)廢物有機(jī)物的快速厭氧消化。

　　同時(shí)，由技術(shù)開發(fā)的核心設(shè)備也正在朝標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、成套化發(fā)展。