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，滿足市場(chǎng)需要，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)人類氣候目標(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，全人類氣候目標(biāo)競(jìng)賽已經(jīng)開啟，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》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》，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
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、李愷等(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，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(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.但這些研究并沒有對(duì)污泥預(yù)處理后的性質(zhì)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，也沒有對(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。
