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行业动态 |戴晓虎团队:双碳背景下有机固废资源化处理处置技术发展思考

戴晓虎团队:双碳背景下有机固废资源化处理处置技术发展思考

发布日期: 2023-06-21 访问量:382 字号 A- A A+

来源:环境工程

有机固废资源化是我国减污降碳和无废城市建设的重要任务,是绿色低碳循环发展的重要抓手。综述了我国不同来源有机固废的产量与处理现状,梳理了我国无废城市、减污降碳等有机固废相关政策文件。基于有机固废易腐败、高含水的特性,以及污染和资源双重属性,提出了以无害化为目标、以资源化为手段的基本理念。总结分析了有机固废作为多介质、多组分交互的复杂体系,在生物转化、热化学转化、固液分离、产物资源利用方面的研究进展和技术难点,并提出了有机固废未来重点突破方向,旨在为我国有机固废资源化处理处置的技术研究提供参考。


近年来,我国城乡有机固体废弃物(厨余垃圾、城市污泥、农作物秸秆、畜禽粪便等)的产生量迅速增长。


1. 产生与处理处置现状

我国城镇生活垃圾早期以混合填埋为主,随着垃圾填埋设施逐渐趋于相对饱和,垃圾焚烧设施建设进入高峰期,垃圾焚烧处理能力逐年增加。目前,城市生活垃圾焚烧处理量占比约62%,卫生填埋占比约33%,已形成以焚烧为主的生活垃圾处理格局。县城生活垃圾卫生填埋处理量占比为72%,仍是当前生活垃圾最主要的处理方式。随着国家垃圾分类政策的不断推进,目前46个重点城市基本建成生活垃圾分类系统。以上海市为例,2021年湿垃圾产量平均已经超过1万t/d,占干湿垃圾总量40%左右。根据统计数据,国内已建和在建厨余垃圾处理设备中,厌氧消化工艺约占处理总量的87.5%,其余工艺仅占12.5%。


我国通沟污泥处理处置起步较晚,早期存在“重水轻泥”现象,投资严重不足,大部分污泥以简易填埋为主,没有得到妥善处理处置。随着国家对污泥问题的重视和配套科技投入的不断加大,建设了一批示范工程,污泥稳定化处理和焚烧比例有所增加,基本形成4条污泥安全处理处置与资源化利用主流技术路线。但目前我国只有不到5%的污水处理厂采用了污泥厌氧消化,远低于欧洲、美国和新加坡等国家。由于我国大部分污泥没有经过稳定化处理,同时污泥土地利用受跨部门限制,导致污泥土地利用比例远低于发达国家70%的水平。

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2. 处理处置技术需求与瓶颈


有机固废具有易腐败、高含水的特性,具有污染和资源的双重属性,故稳定化、减量化、无害化和资源化是有机固废处理处置的基本原则。城乡有机废弃物量大面广,其资源化处理处置是我国减污降碳和无废城市建设的重要任务。


有机固废的处理处置同时也是不可忽视的碳减排抓手。欧洲统计局(Eurostat)2016年数据显示,废弃物领域是第5大碳排放行业,碳排放量占全社会总量的3.2%。从温室气体类型来看,甲烷是全球第2大的温室气体,对温室效应的影响占比达到17.3%,其中废弃物是甲烷的第3大排放源,26%的甲烷排放来自于废弃物。虽然废弃物领域碳排放量占全社会比例不大,但涉及环境和民生问题,对于我国是深入打好污染防治攻坚战的重要抓手,社会效益显著。同时有机废弃物蕴含了大量的资源和能源,通过对废弃物资源化潜力的挖掘,是最有望实现碳中和的领域之一。此外,废弃物领域甲烷占全社会排放量比例较大,而实现CH4等逸散性温室气体的减排,是在短期内实现减少全球变暖和控制全球升温幅度在1.5℃以内目标的重要途径。


有机固废含有大量易腐有机质和病原菌,如不进行稳定化处理,容易腐败发臭,传播病原菌,并排放大量温室气体。厌氧消化是实现有机固废稳定化处理最经济有效的方式,同时还可以回收沼气能源。然而污泥等有机固废具有多介质、多组分交互作用的复杂特性,特别是我国污泥有机质低(我国污泥有机质含量为30%~60%,发达国家污泥有机质含量为60%~80%)、含砂量高,采用传统厌氧消化工艺存在降解率低、停留时间长、有机负荷低的瓶颈。和废水厌氧处理相比,有机固废厌氧转化整体效率较低,停留时间较长,通常需要维持在20d以上。实现易腐有机质的高效稳定化和生物质能的高效回收是有机固废厌氧处理的难点。


污泥等易腐有机固废具有高含水的特性,大量水分会导致其运输成本高,是制约易腐有机固废处理处置效率的主要因素之一。但由于污泥是有机—无机—水分高度混杂的非均相复杂体系,有机组分亲水性较强,导致传统脱水方式固液分离困难。而传统水处理领域中的混凝/絮凝理论对于高固体浓度的污泥体系并不适用,尚缺乏污泥专用的调理方法。传统机械脱水存在脱水难度大、加药量大的瓶颈问题,传统热干化能耗高,不可持续。实现固液高效分离是污泥等高含水有机固废资源化处理处置的技术难点。


固体废物是放错位置的资源,固废资源化利用是循环经济的典型内涵。有机固废富含碳、氮、磷资源物质,其中磷作为重要的战略性资源,其回收对于解决全球磷危机具有重要意义。以污水厂污泥为例,污水中90%以上的磷资源富集在污泥中。德国于2017年10月3日通过了对《污水污泥条例》的修订,其核心内容是要求从污水污泥或其焚烧灰中回收磷,其难点在于污泥中磷的形态复杂、释放效率低、回收难度大。有机固废厌氧会产生大量的高氨氮沼液,传统脱氮工艺流程长,药剂投加量大,处理能耗高。功能性微生物的富集、调控与规模化培育是实现高效脱氮的难点。


产物出路不畅通是有机固废处理的瓶颈问题之一。以污泥为例,污泥处置的方式主要有填埋、建材利用和土地利用。目前,脱水填埋依然是我国污泥的主要处置方式,但污泥填埋会占用大量土地,并释放大量温室气体,且我国部分经济发达城市面临无地可埋的困局。建材利用需要对污泥进行干化焚烧或协同焚烧处理,以实现污泥的矿化和无害化。由于污泥含水率较高,有机质含量低,热值不高,导致焚烧存在投资运行成本高,尾气排放难以稳定达标,邻避效应突出等问题。土地利用是污泥生态化处置的重要消纳路径,是发达国家最重要的处置方式,但受限于意识、标准衔接、处理水平等方面,我国污泥土地利用比例目前还较低。

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