污泥厭氧消化困境何在?
9月27日,國家發展改革委、住房城鄉建設部、生態環境部印發《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》的通知。各大公眾號都在對此通知做各種解讀,我也來湊個熱鬧,寫寫我最熟悉的污泥厭氧消化。
《實施方案》提出,要鼓勵將城鎮生活污水處理廠產生的污泥經厭氧消化或好氧發酵處理后,作為肥料或土壤改良劑,用于國土綠化、園林建設、廢棄礦場以及非農用的鹽堿地和沙化地。這一措施對污泥出路的瓶頸問題解決至關重要,符合減污降碳及資源循環的發展方向。
厭氧消化作為污泥重要的處理工藝之一,一直被認為是比較好的負碳排放工藝。厭氧消化用來處理有機組分,效率高,耗能少,還可以產生清潔能源——沼氣,同時沼渣還可以堆肥,進行進一步的土地利用。
因此前些年,我國也是如火如荼的建了一批污泥厭氧消化項目。但近些年談起污泥厭氧消化,大家都搖頭,主要問題是什么呢?
筆者作為一個從事厭氧消化的技術人員,就從我所了解的角度來淺談一二,希望可以拋磚引玉,借此和各位同行交流。
困境何在
污泥直接厭氧消化,降解率極低
我們知道現有污泥處理廠,大部分污泥來自于城市污水處理廠的剩余污泥。而剩余污泥主要由有機殘片、無機顆粒、細菌菌體和膠體等組成。而厭氧菌能夠利用的有機質大多存在于污泥細菌菌體細胞中,菌體的細胞壁和細胞膜對有機物質具有天然保護作用,進而導致厭氧菌較難利用。如果不對污泥細菌菌體細胞壁和細胞膜做任何預處理,直接投入厭氧罐,降解率極低,一般很難超過20%。因而有效的破壁技術,對于污泥厭氧消化來說非常必要。
目前市面上可以見到的破壁預處理技術主要有:高溫熱水解破壁技術、堿性水解破壁技術、臭氧破壁技術、超聲波破壁技術等。國內目前應用最多的主要是高溫熱水解破壁技術。
高溫熱水解破壁技術,主要以挪威的康碧為代表。康碧在北排的多個項目上有應用,技術較為成熟穩定,但價格昂貴。國內該技術以四川深藍環保為代表,也有幾個工程案例,但因為各方面的原因,運行的都不是很好,據說主要還是因為污泥有機質過低,產氣量不足。
除高溫熱水解,其他破壁技術大多都在宣傳或研發階段,還鮮見工程案例。
污泥有機質含量低,沼氣產量低
無論是厭氧消化還是好氧堆肥,本質上講都是利用微生物對有機質進行轉化。污泥中的有機質是厭氧消化產沼氣的直接來源,有機質含量低,無論是否進行有效的預處理,沼氣產量都會低。很多項目,一噸污泥只能產10~20m3沼氣,即使進行破壁處理,一噸污泥也很難產到40m3沼氣,產的沼氣還不夠自身加熱用。另外,厭氧消化本身就是一種減量化程度較低的技術,對于脫水污泥,進罐前需要加水制漿,消化后的殘渣還需要再進一步處理。如果厭氧不能產生較多的沼氣,整個項目就是再做無用功。
項目前期,對污泥來源做詳細的調研和取樣分析是相當有必要的。污泥有機質低于45%,就不建議采用厭氧消化技術了。
污泥粘度高,處理難度大
目前污泥項目大多單獨建設,污泥主要來源于城市污水處理廠的脫水污泥,含固率一般在20%以上。污泥屬于高粘度固體,隨含固率的升高,粘度會急劇增大(參見下圖)。厭氧消化需將污泥調至流動狀態。對于流體,較高的粘度會給輸送、均質、除砂等過程都帶來難度,這些設備(例如料倉、輸送泵、攪拌器、除砂器等)不得不選擇質量更好、性能更可靠的品牌,而這也意味著價格高,可選面窄。
圖1:不同物料粘度隨含固率變化圖
污泥厭氧消化并不適合單獨建設
污泥厭氧消化對污泥含固率有一定的要求,不能太高。主要原因是,無論是污泥破壁還是厭氧消化,都需要將污泥調至流動狀態,方便輸送和攪拌。而前面說了,污泥隨著含固率的增加,粘度會大幅度提升,一般含固率高于12%,污泥就不是流動狀態了。
對于含固率高于20%的脫水污泥,就需要先對污泥進行加水調漿。厭氧之后(也有項目在破壁之后),再次對污泥進行脫水處理,脫水后的固體還需要進一步外運處置,脫水后的液體則需要再建設污水處理設施處理至達標排放。
這么折騰一圈,相當于把污水處理廠的脫水后的污泥,搬到一個新的地方,變成脫水前污泥再處理一遍,這過程本身就是很不經濟。
所以,污泥厭氧消化不適合單獨建設,而適合建設在污水處理廠內,處理脫水前的污泥,這樣既可以省去運費,也不用加水調漿,厭氧產生的沼液還能直接回到原污水處理系統,無須單獨建設處理設施。這可能才是污泥厭氧消化技術正確的打開方式,事實上國外也是這么做的。
未來如何
這些年,國內污泥厭氧消化技術發展較為緩慢,雖然我談了幾點技術問題,但其實主要原因并不在于技術本身,因為厭氧消化本身是一個相對成熟的技術,唯一困擾的就是設備價格高。如果市場發展迅速,必然會吸引更多的公司進入,隨著競爭,技術會不斷提升,成本也會逐漸下降。
主要原因還是項目的投資收益率差,需要極高的補貼費用才能覆蓋成本,說白了就是該技術沒有市場競爭力。(作為一個厭氧技術從業者,真心不愿意聽到這句話,真希望滿世界都豎起可愛的厭氧罐)
我覺的根本原因還是在于應用場景不對,污泥厭氧消化技術更適合有機質含量高、含水率高的物料。同時它是一項資源化程度高,但減量化程度較低的技術,更適合與污水處理設施相結合,而不適合單獨建設。
而我國污水處理一直是重水輕泥,各地的污水處理廠都未考慮過這個問題,污泥一直是脫水后外運處置。現有的污水處理廠,無論是廠內還是廠區附近,都很難再找到空地建設污泥厭氧設施。那怎么辦呢?或許未來新建水廠及改擴建的水廠,可以把污泥厭氧消化設施一并納入。
可當下確實是個難題,這是污泥厭氧消化的困境,也是污泥的困境。所以,我國污泥現在面臨的是一個系統性的難題,這也是為什么會有三部委聯合發文——我國污泥需要高屋建瓴的去解決。
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