輻射技術在國內(nèi)城市污泥處理領域中的機遇分析
發(fā)布時間：2022-03-27 19:00 訪問次數(shù)：次
1、國內(nèi)城市污泥處理處置現(xiàn)狀
城市污泥是城市污水形成過程中最主要的潛在二次污染源。從目前來看，污泥處置主要包括填埋、焚燒、堆肥三大技術路線。而這其中，公認的，只有堆肥真正實現(xiàn)了污泥的資源化利用。
長期以來，國內(nèi)污泥處置主要以填埋和堆肥為主要方式。但是由于技術裝備落后，監(jiān)督機制不完善等原因，導致大量污泥未經(jīng)任何衛(wèi)生處理便被隨意填埋、任意堆放，致使大片土地退化并影響周邊居民正常生活，甚至對當?shù)氐叵滤礃嫵砂踩{。
有鑒于此，以焚燒為基本形式的污泥處置方法在近年來十分活躍，層出不窮。污泥焚燒（發(fā)電）的突出優(yōu)點是能夠最大限度地實現(xiàn)污泥的減量化，在污泥的最終處置方面很有優(yōu)勢。然而這只是一種表象，很多深層次的問題是被回避了的：
（１）高耗能高投入；
（２）高碳排放、高二次污染。污泥熱值很低，相對于單位產(chǎn)能而言，將產(chǎn)生更多的二氧化碳排放，加劇全球變暖趨勢。更嚴重的是燃燒過程中，將產(chǎn)生大量有害氣體物質和粉塵，其中就包括臭名昭著的一級致癌物——二惡英，以及SO2、NOX等。將爐溫控制在1300℃以上，將使二惡英大幅減少，甚至可以控制在歐盟標準以內(nèi)，但同時能耗也將大幅提高。
（3）資源化“掩耳盜鈴”。污泥焚燒發(fā)電一直以來都以能夠發(fā)電作為宣傳重點，強調(diào)能夠實現(xiàn)污泥的資源化利用。其實這是一種混淆視聽的說法，因為任何含有有機物的東西都能夠焚燒發(fā)電，問題在于投入產(chǎn)出比。
●污水處理廠出來的污泥由于含水率很高，必須經(jīng)過脫水、成型等一系列高耗能過程，才能生成泥餅，用于發(fā)電。
●泥餅本身仍然含有大約15%左右的水分，燃燒過程中，水分蒸發(fā)所消耗的能量甚至要超過污泥本身產(chǎn)生的熱量。
●污泥的熱值，發(fā)電效率很低，必須與原煤混合才能有效燃燒。
基于此，可以說污泥焚燒（發(fā)電）是考慮到污泥處理處置的緊迫性，所采取的迫不得以的方式。污泥焚燒發(fā)電是個虧本的買賣，說白了就是拿著政府的補貼，把污泥給處置了，而這種污泥處置本身是沒有經(jīng)濟效益可言的，又何談“資源化”呢？當然，這里并不排除通過技術改進，實現(xiàn)污泥焚燒發(fā)電的效益化，但是這里還有很長的路要走。
2、國內(nèi)有影響、有特色的幾個污泥處理項目
（１）北京金隅集團、北京市科委“利用水泥回轉窯余熱干化處置城市生活污泥示范項目”
這是由北京市政府、環(huán)保局、科委和金隅集團聯(lián)合投資興建的，在經(jīng)過一年的試運行后，于2009年10月28日正式常規(guī)運行。該項目的設計思路是利用水泥回轉窯余熱將有機污泥經(jīng)過干燥后作為燃料進行焚燒，焚燒殘渣熔入水泥熟料，最終進入水泥成品。據(jù)悉，由于窯內(nèi)溫度穩(wěn)定在1450℃以上，且呈堿性環(huán)境、負壓狀態(tài)運行，因此非常有利于有害有機物的分解，并有利于金屬元素的固化，也不會產(chǎn)生煙氣、粉塵等二次污染。
利用水泥廠回轉窯、熱電廠流化床等實現(xiàn)污泥干化、焚燒這種污泥處理工藝具有節(jié)省空間、污泥處置徹底等優(yōu)點，但是同樣存在能源消耗巨大的問題。
（2）上海世博會配套工程“上海白龍港污泥處理工程”
該工程是目前亞洲最大的污泥處理工程，采用生化方法（厭氧消化法）對污泥進行無害化、穩(wěn)定化處理。主體工程為8座單體容積為1.24萬立方米的蛋形消化池。該工程設計日處理能力為204噸干污泥。干污泥外運可作為園林綠化介質土或垃圾填埋場覆蓋土進行資源化利用。厭氧消化的副產(chǎn)物是沼氣，燃燒后可用于發(fā)電及消化池保溫。
相對于焚燒發(fā)電而言，厭氧消化法處理污泥具有單位能耗低、資源化利用率高等優(yōu)點。但是該項目也將生化法的缺點暴露無疑：
●占地面積大，該項目占地面積最大的部分——8個巨型消化池，只是對污泥進行了穩(wěn)定化和無害化處理，還需其他配套設備對污泥進行進一步干化處理；
●整個系統(tǒng)設備復雜，初期投資大（據(jù)悉，項目總投資約6.8億），維護成本高。
造成這種后果的直接原因是生化法的反應速度太慢（一般需20～40天），因此，必須建設大型的消化池對污泥進行緩沖。
（3）海南農(nóng)豐寶肥料有限公司“污泥資源化生產(chǎn)有機肥項目”
2002年，海南農(nóng)豐寶肥料有限公司與白沙門污水處理廠簽訂合同，以每噸15元的價格包購該污水處理廠的全部污泥。公司采用專利技術對污泥進行微生物無害化處理并降低重金屬含量，然后以污泥為基肥，研制出多種有機肥、復合肥、和微生物肥。投放市場后，實現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟效益。
通過對上述幾個項目的分析，筆者認為只有海南項目真正實現(xiàn)了污泥的“四化”要求，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。上海白龍港污泥處理工程就整體效果而言稍差。而其他所有以燃燒為基本形式的處理方式，由于污泥干化耗能巨大等原因，整體無法實現(xiàn)污泥的資源化處理。
3、輻射技術的機遇
3.1輻射技術的原理
污泥中含有大量的水分，水在受到電子束或γ射線等高能射線輻射后，會產(chǎn)生大量的氫自由基、羥基自由基以及水合電子等高活性粒子，能夠迅速與水中的有機物發(fā)生化學反應。這些反應主要包括：鹵代物的脫鹵反應、苯環(huán)的氫加成反應、醇類的氫抽取反應、有機物的輻射降解反應、重金屬離子的輻射還原反應、微生物DNA損傷等。
3.2輻射技術特點和優(yōu)勢
輻射技術特點和優(yōu)勢列表比較如下：
|
序號 |
項目 |
焚燒法 |
生化法 |
輻射法 |
|
１ |
能源消耗 |
大 |
較小 |
小 |
|
２ |
資源化率 |
很低 |
較高 |
高 |
|
３ |
占地面積 |
小 |
大 |
較小 |
|
４ |
工藝流程 |
簡單 |
復雜 |
簡單 |
|
５ |
投資 |
較大 |
大 |
小 |
|
６ |
二次污染 |
大 |
較小 |
小 |
|
７ |
反應環(huán)境 |
高溫高壓 |
加熱 |
常溫常壓 |
|
８ |
工藝水平 |
成熟 |
成熟 |
較不成熟 |
3.3輻射技術在污泥處理中的應用前景舉例
從原理上講，輻射技術本身即可完成污泥的無害化、穩(wěn)定化并完成減量化的預處理，通過機械設備進一步脫水后即可進行資源化處理。但是，由于目前缺乏整體工藝研究，較現(xiàn)實的方式是與現(xiàn)行的污泥處理方法結合。
作為厭氧消化法的預處理手段，可大幅縮短厭氧消化時間（縮短至10～20天），并顯著提高沼氣產(chǎn)出率（國內(nèi)已有相關專利）；
●作為污泥脫水前的預處理手段，可大幅提高脫水效率及脫水率；
●作為污水處理廠的配套設備，可直接在出廠前實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無害化和一定程度的減量化預處理，避免了由于運輸?shù)仍蛟斐傻亩挝廴荆?br />
●應用于固體廢物焚燒后二惡英的消除方面。廢物焚燒產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過300kv電子束輻照后，二惡英類有害物質可以被分解和消除90%以上。與其它處理方法相比，這是一種非�？焖俣铱梢栽诔爻合孪河⒌姆椒�。
4、輻射技術應用于污泥處理的技術現(xiàn)狀
●對工藝摸索只是停留在實驗室階段，國內(nèi)暫無中試規(guī)模示范項目穩(wěn)定運行，缺乏說服力；
●目前可參考的國外數(shù)據(jù)基本都是10多年前，甚至更早以前的，近期進展不詳。輻射技術在環(huán)境保護中的應用始于上世紀70年代，其有效性已經(jīng)被充分證明，只是局限于當時設備的穩(wěn)定性、以及龐大的體積、操作困難等因素，被排斥在商業(yè)應用外。但是現(xiàn)在發(fā)達國家又開始把目光投向了這項古老而又年輕的技術。
5、建議
輻射技術用于污泥處理，在技術層面上的工作建議：
5.1專用電子束設備的開發(fā)是前提
沒有符合行業(yè)要求的相關設備開發(fā)出來，一切無重做起：
●自屏蔽，輻射技術的主要優(yōu)勢就在于其極其簡單的處理工藝，因此盡量降低設備占地是其優(yōu)勢的體現(xiàn)，顯然，自屏蔽電子加速器將更好的實現(xiàn)這一優(yōu)勢；
●大功率；
●穩(wěn)定可靠，年運行時間不少于8500小時（即至少354天），這是污水處理行業(yè)對設備穩(wěn)定性的最低要求；
●維護方便，要求即使是普通技術工人，也能方便地在短時間里使設備恢復運行；
5.2處理工藝研究是關鍵
●對輻射劑量的要求，和降低輻射劑量的工藝研究；
●對污泥的要求，不同污泥成分不同對輻射劑量的要求，以及輻射方法適用性；
●污泥輻照后的后處理研究，包括對后期工業(yè)處理（消化、干化）的影響研究；
5.3資源化處置研究是突破
●有機物等營養(yǎng)元素富含水平研究；
●肥料添加劑研究；
輻射技術用于污泥處理，在管理層面上的工作建議：
�。ǎ保﹨f(xié)調(diào)業(yè)內(nèi)相關資源力量，開展相關技術研究；
�。ǎ玻幦⌒袠I(yè)主管部門配套資金支持；
�。ǎ常幦…h(huán)保部門相關資金支持；目前，污泥處理在技術上正處于百家爭鳴的狀態(tài)，任何一種方法都有其優(yōu)勢，國家對不同工藝方法的研究探索是鼓勵和支持的；
�。ǎ矗┮MBOT類項目管理模式，吸引民間資本投資。
6、總結
輻射加工技術是一種綠色環(huán)保的高新加工技術，它的綠色環(huán)保不僅體現(xiàn)在加工處理工藝本身極低的甚至零污染，還應體現(xiàn)在對環(huán)境污染的治理方面。從目前來看，污泥是唯一能夠通過輻射技術進行四化處理的固體廢物。國內(nèi)外相關技術研究逐漸活躍，市場潛力巨大，在這一領域是大有可為的。當然，這一切的前提是，行業(yè)內(nèi)必須形成一個具有說服力的中試規(guī)模項目穩(wěn)定運行。
（北京機械工業(yè)自動化研究所 劉建輝）
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