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微生物,让污泥变“肥”为宝

2012/10/12 | 作者: | 查看: | 评论: 0 | 来源: 科技日报

每天,我们生活的这个国度1.36亿立方 米污水浩浩荡荡地通过管道涌进3000多家污水处理厂。

  这头进,那头出,就算完事了?不不不,这样的想法太天真了!

  污水处理厂净化了水,却留下了“泥”:它们是 污水处理过程中所产生的沉淀物,每天全 国污水处理厂产生含水高达80%左右的黑臭污泥近9万吨,此外,还有数 量庞大的含有毒有害污染物的工业企业污泥,但这些 污泥大部分都没有得到妥善的处置和利用,而且还 面临再次污染环境的风险。

  污泥同污水一样,让城市不堪重负。专家称,污泥不 规范处置已成为我国土壤和水环境中一个新的环境污染源,甚至部 分抵消了污水处理厂净化环境的功效。

  有什么 方法可以让这些污泥“洗心革面”回归自然呢?

  南京农 业大学周立祥教授和他的科研团队用了13年时间,在国际 上首先推出污泥生物沥浸处理技术并实现工程化应用,达到了 污泥深度脱水和无害化,同时也 保全了污泥有益成分的目标。这可能 是污泥处理的一次革命性的突破。

  这项技 术不仅可以使湿污泥水含量降到60%以下,同时还可以去除臭味、重金属、病原菌等有害物质,一举数得。尤其它 可以在常温常压下进行,能耗低,每吨湿 污泥的直接处理成本通常不到120元,便于资源化。经过该 技术处理后的污泥在压滤时产生的压滤水,水质清澈,无色无异味。

  每年节约1100万吨标准煤?

  资料显示,我国每 年流失的土壤总量在50亿吨左右。大量肥沃的表土流失,造成土 地生产力的持续下降;江、河、湖、泊、水库等泥沙淤积,水利设施的蓄、排水能力大大降低,调控、抵御洪 水与自然灾害的能力严重削弱。水土资 源的不断流失加剧了我国的环境问题,要求我 们对于资源的利用开拓新的思路。

  如果,那些又 黑又臭的污泥也能变成资源,结果将会怎样呢?

  截至2012年4月份,我国累 计建成城镇污水处理厂3184座,每天产生黑臭污泥约9万吨。

  如果,每天将这近9万吨污 泥脱水至含水量60%,就只剩下4.5万吨外观与“黄土”很相似的污泥饼了,可不要轻看了这种“土”,它的有机质高达50%以上,与有机肥相当;

  如果将这4.5万吨的 半干化污泥饼稍加晾干进行焚烧,则不需 加任何辅助燃料,还能产生热量,与处理 前污泥焚烧相比,则每年节约相当于1100万吨标准煤;

  如果将这4.5万吨的“土”进行高 温发酵深度加工,制作成 园林绿化用的有机肥、营养土或营养基质,若以每顿300—400元的较低价格出售,则每天可以创造约1000万元人民币经济效益;

  如果我 们拿这些有机质含量在50%以上的“土”去改造我们的盐碱地、酸性土壤……

  在微生物沥浸法出现之前,一切都只能是如果。在相当长的一段时间,大量的 污泥成为政府环境工程中的重负,政府和 社会为污泥处理付出了相当大的财力、物力、人力和环境代价。相当部 分的污泥都没有得到妥善的处置和利用,一部分 原因是污泥处理的技术性难题没有得到解决。

  “制约污 泥处置或资源化的两大技术瓶颈就是水分含量高和重金属等有害物,这是污 泥处理处置公认的世界性难题。”周立祥介绍,目前国 内外污泥处置与资源化主要包括土地利用、填埋、焚烧、烧制建材等,然而,要实现 污泥处置和资源化,污泥的干化、半干化 和去除重金属等有害物质是其重要前提,例如我 国对城镇污泥进入垃圾场填埋混合填埋做了明确要求,要求污 泥预处理到含水量在60%以下。而对污泥的焚烧,由于污泥的含水率高,能耗大,投资设 备和运营设备费用也很昂贵。目前存 在的污泥干化技术主要有热(半)干化和 机械深度脱水半干化(指污泥含水率达到60%以下)。然而这 两种技术都有各自的缺陷,前者面 临着产生的臭气和高浓度有机废液需要处理的难题,而后者 则需要污泥经过预先的调理,不然无 论采用何种机械脱水在一般操作条件下都极难将其含水率降到60%以下。

  微生物沥浸法 则是针对污泥的脱水、除臭、去除重 金属这三大难题的一项创新型技术。它的诞 生可能使我们对污泥的处理进入到一个新的时代。

  培育世界上最微小的“清道夫”

  "微生物沥浸法"属于生 物法处理的一种,它的主 要优点在于在实现污泥深度脱水和无害化的同时,还保全 了污泥的有益成分,破解了 以往污泥资源化利用中的系列难题,应用前景广阔”,周立祥告诉记者,该技术 不仅可以使湿污泥水含量降到60%以下,同时还去除臭味、重金属、病原菌等有害物质,一举数得。尤其它 可以在常温常压下进行,能耗低。

  早期污 泥生物沥浸技术的研究,周立祥介绍,是基于 生物湿法冶金中生物浸出重金属的工艺在污泥上进行应用。它是利 用自然界存在的一些微生物,如硫杆菌属、酸菌属 以及其它与硫杆菌联合生长的兼性嗜酸异样菌所产生的氧化反应或者酸化反应,将目的 金属从混合体系中溶解和分离出来的一种技术。而污泥 中重金属绝大部分是以金属硫化物、碳酸盐、铁锰氧 化物结合以及与有机物结合形态存在,在上述 这些细菌的作用下,金属硫 化物变成可溶性的金属硫酸盐,同时通过介质的酸化,可将污 泥中的重金属溶解进入液相,再通过 固液分离可达到去除污泥中重金属的目的。

  而生物 沥浸方法也促进污泥脱水性大幅改善,在不加 任何絮凝剂条件下,可采用 压滤机一步将生物沥浸处理后的污泥脱水到含水率在60%以下,体积缩 小到原来脱水污泥的一半不到。对于这一点,周立祥 认为它的机理相当复杂,目前还 没有找到非常明确的原因。可能是 因为生物沥浸的反应过程中,生物沥浸微生物完全替 代污泥中的活性污泥菌体,而原污 泥中活性污泥则以异养菌为主。也可能 因为生物沥浸处理因微生物处理过 后的污泥颗粒表面不带电荷而不会相互排斥,有利于 污泥聚沉和脱水。也有可 能是其他效应的作用,在生物 沥浸中生成有次生矿物如黄钾鉄矾等对污泥脱水有一定贡献。总之,经过生 物沥浸方法处理过后的污泥更容易脱水。

  生物沥 浸技术除臭效果极为显著,据周立祥介绍,这是因 为污泥恶臭大部分源自含硫和含氮等物质,而这些 物质恰好是嗜酸性硫杆菌的营养物质和能源物质。在生物沥浸过程中,这些物质能很快被微生物利用,不但反应过程无臭,生物沥 浸处理并机械脱水后形成的泥饼也无恶臭。由于酸化和氧化作用,泥污中 病原菌杀灭率也达到99%以上。

  这项成果在2006年8月江苏 省科技厅组织的科学技术成果鉴定会上已被鉴定为原始创新技术成果,由我国 环境工程界著名专家组成的鉴定委员会一致认为,该项研 究成果既有理论又有工程实践,具有原 始创新性和实用性。此外,该成果 先后获得教育部技术发明奖、国家环 境保护科学技术奖和江苏省建设科学技术奖等。

  取得良好示范效果

  从1999年开始研究“微生物沥浸”技术到2006年通过 江苏省科技厅组织的鉴定会,7年的时间,周立祥 以及他的科研团队完成了“微生物沥浸”技术的研究。2003年建设 污泥生物沥浸处理中试示范工程,曾连续处理制革污泥、城镇污泥1000多吨,重金属 去除回收率最高达90%。2010年8月,江苏无 锡太湖新城污水处理厂建立起国内外第一座污泥生物沥浸处理工厂,也是国 际上第一个采用污泥生物沥浸法深度脱水和资源化的工程案例。今年7月日处理20万吨污 水所产生的污泥的生物沥浸处理工程在无锡芦村污水处理厂正式投入运行,此外,在宁波、西安等 地一批新的工程项目正在建设之中。采用的工艺主要为:污泥生物沥浸处理—焚烧发 电和污泥生物沥浸处理高温发酵土地利用。同时采 用移动式工作站,在全国各地20多家企 业进行实地示范,取得良好示范效果。

  以无锡 芦村污水处理厂工艺改造工程为例,采用的工艺是“污泥生物沥浸处理—高温发酵(园林用肥和营养基质)”,2012年6月底建成。污泥生 物沥浸处理部分由北京中科国通环保工程技术有限公司投资运营,后段生 物沥浸高温发酵制备园林用肥和营养基质部分则由无锡新利环保生物科技有限公司投资运营,实现了“投入—产出”一条龙产业链。

  “我们一 个月生产一千吨左右,全都销售完了,有多少可以销多少,就是原料太少了。”无锡兴 利环保生物科技有限公司总经理李喆介绍,据李经理介绍,这种由 污泥做原料经过污泥生物沥浸处理—高温发酵“工艺生产出来的”高效营养土“一吨的出厂价格在300元左右,价格比较低廉,但产品 有机质和氮磷等营养物质却很高,比一般有机肥高很多,市场前景很好,就是现在原料太少了,”我们希 望更多的污泥处理企业运用生物沥浸技术处理污泥,多为我们提供些原料”。

  未来需 要基数支撑与政策支持

  微生物沥浸与 常规的物理化学脱水相比较具有独特的优势,但是,我国污 泥处理与资源化新技术的推广和应用也都面临着诸多的问题。据周立祥介绍,我国已 建的污水处理厂大部分都没有预留污泥处理的空间,这就为 未来污泥的处置增加了难度和运营成本,另外,污泥处 置过程的监管还存在很大的漏洞,再就是 许多地方政府未能明确列支污泥处置费用,在很大 程度上影响到污泥处置与资源化的市场推动,等等。

  周立祥认为,污泥有 机质和氮磷养分丰富,将符合 园林绿化或土地改良泥质标准的污泥土地利用,是实现 养分循环的最好途径,这在美 国和欧盟等许多发达国家所占比重较大。总之,污泥处 理需要先进技术的支撑,更需要 相关政策的支持。

 


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