我国有机固废来源非常广泛,包括生活源、农业源和工业源三方面。据统计,我国每年有机固废产量约60-100亿吨,存量200亿吨。其中,城镇湿垃圾每年产量超过1亿吨;80%含水率的市政污泥每年产量约6500万吨,秸秆每年产生近10亿吨、畜禽粪便年产量约30-60亿吨。这些有机固废通常是由多介质、多组分构成的复杂体系,但同时也具备较高的资源化潜力,是一种名副其实被放错位置的资源。如何有效地处置和利用有机固废,是当前环保领域的重要课题之一。
一、背景情况上海环境集团作为一家专业从事环境服务的企业,一直致力于开发和推广多元有机固废处置新技术,以提高资源化效率,降低运营成本,保障环境安全。本文将以市政污泥和湿垃圾为例,介绍我们在这两方面的主要工作内容。
二、主要做法市政污泥是城市生活污水处理过程中产生的一种高含水、易腐败的有机固废。目前,市政污泥的主流处置方式是协同焚烧,即将污泥与其他可燃物混合,在高温下进行燃烧处理,主要包括火电厂协同焚烧以及垃圾焚烧厂协同焚烧。协同焚烧可以有效减少污泥的体积和重量,同时也可以回收部分能量。但是,协同焚烧也存在一些问题和挑战,主要表现在以下两个方面:
一是掺烧比例受限。由于污泥在高温下容易解体成粉尘颗粒,并沉积在炉膛内部,极易造成结焦现象,进而影响炉膛主体的稳定运行。因此,目前污泥协同焚烧的掺烧比例必须控制在5%-10%以内。
二是排放指标控制难。由于污泥高含氮、高含硫的特性,在焚烧过程中会产生大量的氮氧化物和硫氧化物等污染物。这些污染物不仅会对环境造成污染,还会增加后处理设施的运行负荷和成本。因此,如何保证协同焚烧的烟气达标排放,是另一个亟待解决的问题。
针对上述问题,我们通过多年的研发和实践,形成了两项核心技术,分别是“大比例掺烧结焦控制”技术和“低污染排放控制”技术。
“大比例掺烧结焦控制”技术主要包括三个工艺:干化、造粒、定点投料。干化是指将污泥的含水量降低到一定程度,以提高其热值即可燃性。造粒是指将干化后的污泥制成一定大小和形状的颗粒,以提高其机械强度。定点投料是指将造粒后的污泥按照特定的位置和方式投入到炉膛中,以避免其在高温下解体和沉积。当前,通过这三个工艺,我们可将掺烧比由10%大幅提升至40%以上,同时还可确保原焚烧系统每年8000小时以上的稳定运行。
“低污染排放控制”技术则主要包括“烟气再循环+燃烧配风”两个工艺,通过调节空气量、温度、时间、循环量等条件,可在源头有效减少氮氧化物和硫氧化物的生成,有效地保障协同焚烧烟气的稳定达标排放。
当前,上述组合工艺包已在东石塘、金山、松江天马三个焚烧项目实现了应用落地,每年产生的直接经济效益约6007.1万元,同时还可减少由于污泥掺烧引起的非计划停炉检修,避免经济损失140万元/次。
而在
湿垃圾处置方面,针对传统厌氧工艺存在的提油率低、厌氧效率低、产沼率低、沼气品质不稳定等问题,我们引入了湿垃圾水热预处理工艺。
水热预处理技术是指在高温高压条件下,利用水作为反应介质,对有机物进行水解、裂解等转化反应的技术。水热预处理技术可以有效地破坏湿垃圾中的细胞壁结构,释放出油脂和有机质,同时也可以降解部分难降解物质,提高其可生化性。通过水热预处理技术,可以实现以下两点目标:
一是提高提油率。通过水热预处理,湿垃圾中的油脂类可从细胞壁内高效释放出来,显著提高湿垃圾提油效率。
二是提高厌氧效率。通过水热预处理,湿垃圾中的纤维素、半纤维素等难降解物质被部分降解为单糖、小分子酸类等易降解物质,
液相可生化性显著提升,进而缩短厌氧时间,提高产沼率及甲烷含量和热值,并减少残渣量。
除了上述优势外,经水热预处理后的
液相具有高C/N比、高稳定特性,可作为MBR系统碳源自用或销售。
三、成效对比上述技术均已基本实现应用落地。下一步我们将以降本增效、固废资源化为核心导向,继续深耕污泥、湿垃圾、农业废弃物资源化领域。
其中
污泥方向,目前正在研发风烟污泥干化设备,以期利用余热烟气替代蒸汽作为污泥干化热源,达到降本增效目标。当前已经实现500kg/h中试设备落地,下一步将根据具体需要,继续进行技术改造及规模化应用。
而在
湿垃圾水热预处理技术中,除了提高传统运行指标外,我们将继续深挖其他拓展价值。其中,
液相当前已开发出碳源补充功能;同时还发现湿垃圾经水热预处理后的固相可以与畜禽粪便进行配伍,经发酵生产高品质有机肥,进而实现湿垃圾
液相、固相全组分资源化目标。
依托上述的这些技术,我们也积极申请了多项奖项与专利,较具代表性的有上海市优秀发明银奖,中国城市环境卫生协会科技进步三等奖,同时多项专利也是由上海环境集团独家拥有。
四、经验总结正如习近平总书记在给虹口志愿者的回信中写道的那样,“垃圾分类和资源化利用是个系统工程,需要各方协同发力、精准施策、久久为功”,在今后我们也必将谨记习近平总书记教诲,在有机固废资源化领域继续深耕细作,为垃圾分类新升级及资源化积极贡献力量。