輻射技術(shù)在國(guó)內(nèi)城市污泥處理領(lǐng)域中的機(jī)遇分析
發(fā)布時(shí)間：2016-11-27 13:38 訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)：次
1、國(guó)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(guò)程中最主要的潛在二次污染源。從目前來(lái)看，污泥處置主要包括填埋、焚燒、堆肥三大技術(shù)路線(xiàn)。而這其中，公認(rèn)的，只有堆肥真正實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用。
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)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(shù)裝備落后，監(jiān)督機(jī)制不完善等原因，導(dǎo)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(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤礃?gòu)成安全威脅。
有鑒于此，以焚燒為基本形式的污泥處置方法在近年來(lái)十分活躍，層出不窮。污泥焚燒（發(fā)電）的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)污泥的減量化，在污泥的最終處置方面很有優(yōu)勢(shì)。然而這只是一種表象，很多深層次的問(wèn)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(duì)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(shì)。更嚴(yán)重的是燃燒過(guò)程中，將產(chǎn)生大量有害氣體物質(zhì)和粉塵，其中就包括臭名昭著的一級(jí)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(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)，但同時(shí)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(lái)都以能夠發(fā)電作為宣傳重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的資源化利用。其實(shí)這是一種混淆視聽(tīng)的說(shuō)法，因?yàn)槿魏魏杏袡C(jī)物的東西都能夠焚燒發(fā)電，問(wèn)題在于投入產(chǎn)出比。
●污水處理廠出來(lái)的污泥由于含水率很高，必須經(jīng)過(guò)脫水、成型等一系列高耗能過(guò)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(guò)程中，水分蒸發(fā)所消耗的能量甚至要超過(guò)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(shuō)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(gè)虧本的買(mǎi)賣(mài)，說(shuō)白了就是拿著政府的補(bǔ)貼，把污泥給處置了，而這種污泥處置本身是沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益可言的，又何談“資源化”呢？當(dāng)然，這里并不排除通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)污泥焚燒發(fā)電的效益化，但是這里還有很長(zhǎng)的路要走。
2、國(guó)內(nèi)有影響、有特色的幾個(gè)污泥處理項(xiàng)目
（１）北京金隅集團(tuán)、北京市科委“利用水泥回轉(zhuǎn)窯余熱干化處置城市生活污泥示范項(xiàng)目”
這是由北京市政府、環(huán)保局、科委和金隅集團(tuán)聯(lián)合投資興建的，在經(jīng)過(guò)一年的試運(yùn)行后，于2009年10月28日正式常規(guī)運(yùn)行。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路是利用水泥回轉(zhuǎn)窯余熱將有機(jī)污泥經(jīng)過(guò)干燥后作為燃料進(jìn)行焚燒，焚燒殘?jiān)廴胨嗍炝希罱K進(jìn)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(fù)壓狀態(tài)運(yùn)行，因此非常有利于有害有機(jī)物的分解，并有利于金屬元素的固化，也不會(huì)產(chǎn)生煙氣、粉塵等二次污染。
利用水泥廠回轉(zhuǎn)窯、熱電廠流化床等實(shí)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(diǎn)，但是同樣存在能源消耗巨大的問(wèn)題。
（2）上海世博會(huì)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(duì)污泥進(jìn)行無(wú)害化、穩(wěn)定化處理。主體工程為8座單體容積為1.24萬(wàn)立方米的蛋形消化池。該工程設(shè)計(jì)日處理能力為204噸干污泥。干污泥外運(yùn)可作為園林綠化介質(zhì)土或垃圾填埋場(chǎng)覆蓋土進(jìn)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(duì)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(diǎn)。但是該項(xiàng)目也將生化法的缺點(diǎn)暴露無(wú)疑：
●占地面積大，該項(xiàng)目占地面積最大的部分——8個(gè)巨型消化池，只是對(duì)污泥進(jìn)行了穩(wěn)定化和無(wú)害化處理，還需其他配套設(shè)備對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步干化處理；
●整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，初期投資大（據(jù)悉，項(xiàng)目總投資約6.8億），維護(hù)成本高。
造成這種后果的直接原因是生化法的反應(yīng)速度太慢（一般需20～40天），因此，必須建設(shè)大型的消化池對(duì)污泥進(jìn)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(jī)肥項(xiàng)目”
2002年，海南農(nóng)豐寶肥料有限公司與白沙門(mén)污水處理廠簽訂合同，以每噸15元的價(jià)格包購(gòu)該污水處理廠的全部污泥。公司采用專(zhuān)利技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行微生物無(wú)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(jī)肥、復(fù)合肥、和微生物肥。投放市場(chǎng)后，實(shí)現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
通過(guò)對(duì)上述幾個(gè)項(xiàng)目的分析，筆者認(rèn)為只有海南項(xiàng)目真正實(shí)現(xiàn)了污泥的“四化”要求，實(shí)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(wú)法實(shí)現(xiàn)污泥的資源化處理。
3、輻射技術(shù)的機(jī)遇
3.1輻射技術(shù)的原理
污泥中含有大量的水分，水在受到電子束或γ射線(xiàn)等高能射線(xiàn)輻射后，會(huì)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(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)主要包括：鹵代物的脫鹵反應(yīng)、苯環(huán)的氫加成反應(yīng)、醇類(lèi)的氫抽取反應(yīng)、有機(jī)物的輻射降解反應(yīng)、重金屬離子的輻射還原反應(yīng)、微生物DNA損傷等。
3.2輻射技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
輻射技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)列表比較如下：
|
序號(hào) |
項(xiàng)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(jiǎn)單 |
復(fù)雜 |
簡(jiǎn)單 |
|
５ |
投資 |
較大 |
大 |
小 |
|
６ |
二次污染 |
大 |
較小 |
小 |
|
７ |
反應(yīng)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(shù)在污泥處理中的應(yīng)用前景舉例
從原理上講，輻射技術(shù)本身即可完成污泥的無(wú)害化、穩(wěn)定化并完成減量化的預(yù)處理，通過(guò)機(jī)械設(shè)備進(jìn)一步脫水后即可進(jìn)行資源化處理。但是，由于目前缺乏整體工藝研究，較現(xiàn)實(shí)的方式是與現(xiàn)行的污泥處理方法結(jié)合。
作為厭氧消化法的預(yù)處理手段，可大幅縮短厭氧消化時(shí)間（縮短至10～20天），并顯著提高沼氣產(chǎn)出率（國(guó)內(nèi)已有相關(guān)專(zhuān)利）；
●作為污泥脫水前的預(yù)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(shè)備，可直接在出廠前實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無(wú)害化和一定程度的減量化預(yù)處理，避免了由于運(yùn)輸?shù)仍蛟斐傻亩挝廴荆?br />
●應(yīng)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(guò)300kv電子束輻照后，二惡英類(lèi)有害物質(zhì)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(shù)應(yīng)用于污泥處理的技術(shù)現(xiàn)狀
●對(duì)工藝摸索只是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，國(guó)內(nèi)暫無(wú)中試規(guī)模示范項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行，缺乏說(shuō)服力；
●目前可參考的國(guó)外數(shù)據(jù)基本都是10多年前，甚至更早以前的，近期進(jìn)展不詳。輻射技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用始于上世紀(jì)70年代，其有效性已經(jīng)被充分證明，只是局限于當(dāng)時(shí)設(shè)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(yīng)用外。但是現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家又開(kāi)始把目光投向了這項(xiàng)古老而又年輕的技術(shù)。
5、建議
輻射技術(shù)用于污泥處理，在技術(shù)層面上的工作建議：
5.1專(zhuān)用電子束設(shè)備的開(kāi)發(fā)是前提
沒(méi)有符合行業(yè)要求的相關(guān)設(shè)備開(kāi)發(fā)出來(lái)，一切無(wú)重做起：
●自屏蔽，輻射技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就在于其極其簡(jiǎn)單的處理工藝，因此盡量降低設(shè)備占地是其優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)，顯然，自屏蔽電子加速器將更好的實(shí)現(xiàn)這一優(yōu)勢(shì)；
●大功率；
●穩(wěn)定可靠，年運(yùn)行時(shí)間不少于8500小時(shí)（即至少354天），這是污水處理行業(yè)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性的最低要求；
●維護(hù)方便，要求即使是普通技術(shù)工人，也能方便地在短時(shí)間里使設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行；
5.2處理工藝研究是關(guān)鍵
●對(duì)輻射劑量的要求，和降低輻射劑量的工藝研究；
●對(duì)污泥的要求，不同污泥成分不同對(duì)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(duì)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(jī)物等營(yíng)養(yǎng)元素富含水平研究；
●肥料添加劑研究；
輻射技術(shù)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(guān)資源力量，開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研究；
�。ǎ玻�(zhēng)取行業(yè)主管部門(mén)配套資金支持；
（３）爭(zhēng)取環(huán)保部門(mén)相關(guān)資金支持；目前，污泥處理在技術(shù)上正處于百家爭(zhēng)鳴的狀態(tài)，任何一種方法都有其優(yōu)勢(shì)，國(guó)家對(duì)不同工藝方法的研究探索是鼓勵(lì)和支持的；
（４）引進(jìn)BOT類(lèi)項(xiàng)目管理模式，吸引民間資本投資。
6、總結(jié)
輻射加工技術(shù)是一種綠色環(huán)保的高新加工技術(shù)，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(yīng)體現(xiàn)在對(duì)環(huán)境污染的治理方面。從目前來(lái)看，污泥是唯一能夠通過(guò)輻射技術(shù)進(jìn)行四化處理的固體廢物。國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究逐漸活躍，市場(chǎng)潛力巨大，在這一領(lǐng)域是大有可為的。當(dāng)然，這一切的前提是，行業(yè)內(nèi)必須形成一個(gè)具有說(shuō)服力的中試規(guī)模項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行。
（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所 劉建輝）
