HiROS污泥资源化处理处置工艺简介_污泥的资源化及处置
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HiROS污泥资源化处理处置工艺简介
北京绿创生态科技有限公司
一、HiROS污泥资源化处理处置工艺概述
HiROS(High-rate Recovery of Organic Solid-wastes)技术可实现污泥等有机固废的高速资源化。其遵循资源循环最短原则，采用用部分湿式氧化并与活化膨化相结合，在一定的温度、压力和氧化剂作用下，将污泥中易降解有机物（糖类、脂肪、蛋白质等）水解、氧化；使污泥稳定、减量、无害化，同时释放出能量供工艺回用；然后将原污泥中较难降解的木质素、纤维素活化、膨化，成为高吸附性的物质；最终实现污泥的稳定处理处置和资源化。
整个工艺处理过程在密闭的反应器系统中连续进行，处理过程中充分利用反应自身产生的热能，以降低整个系统的能耗。进料中含有杂质或有害物质亦在过程中去除（如各类菌类、重金属等），工艺过程中不产生其他次生污染物。污泥从进入系统到形成资源化产品仅需一个小时的时间，设备的处理能力可以根据需要定制，通常单机处理规模可以从50吨/天到500吨/天。
经该技术处理后得到的资源化产品具有很高的吸水及持水性、投入土壤可有效提高土壤的氮磷钾（NPK）的缓释、改良，提高土壤透气、隔热性以及颗粒稳定性。产品可作为高品质有机肥直接使用，也可用于农业面源污染防治、土壤板结贫瘠治理、植被修复、荒漠化治理、水土保持、固碳、及其他生态保护等多种用途。
2011年8月26日，住房和城乡建设部科技发展促进中心在北京主持召开了本技术及装备科技成果评估会。评估委员会认为：该技术在污泥部分湿式氧化和活化膨化方面具有创新性，其成套装备水平达到国内领先，具有推广应用价值。
二、技术背景
（一）土地利用的政策趋向
今年3月住建部和发改委联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置指南（试行）》（以下简称《指南》）为今后几年我国污泥处理事业的发展明确了方向，明确将污泥土地利用作为污泥处置的主要方式和鼓励方向。
在这一方向指引下，结合碳减排的环境要求，焚烧等技术因未实现资源化、尾气治理、增加碳负荷等因素会越来越受到限制，欧美及日本已在陆续关停相关设施；以低温生物过程为特征的厌氧、好氧技术的应用推广受生物反应过程本身的技术限制，包括低温生物反应耗时长，相应的占地面积大，温度低不足以杀死细菌病毒虫卵等有害生命体致使终端产物无法有效利用等。
《指南》第四章第六节中提及，“热处理没有氧化剂通入，而湿式氧化需要向反应器内通入氧化剂”，经处理后的污泥“脱水性能大幅度提高，经机械脱水可获得低含水率的泥饼，为污泥的处理和处置提供了基础”；“处理上清液可引入水处理的高效厌氧工艺中，整体提高污泥处理系统效率；污泥中病原微生物在高温高压环境下被彻底杀灭”。
这些处于高温氧化及低温生物处理之间的中温物化处理工艺，因其技术特点有望成为解决我国污泥问题的一个重要突破口。但是我们国家在这一领域缺乏相应的实践基础，应该未来重点发展的领域。
（二）湿式氧化法的基础及国外的实践
《指南》提到的湿式氧化法在国外发展已有逾半个多世纪的历史，在美 国、日本以及欧洲得到了很好的应用和发展；在我国，该技术大部分处于实验室研究阶段。因此指南中并未详细给出该技术的具体指标。
根据国外已有研究,认为湿式氧化工艺具有适用范围广、处理效率高、氧化速度快、占地少、没有二次污染等特点。该技术的基本原理可以简要概述就是：将待处理的污泥、废水、有机固废等置于密闭的容器中,在高温(125℃～320℃)和高压(0.5～10MPa)条件下用空气、过氧化氢或纯度较高的氧作为氧化剂,采用化学方法将其中有机物降解的处理方法。
从1958年F.J.Zimmermann首次采用湿式氧化法处理造纸黑液,到目前世界上采用这种工艺建成的WAO工厂已有200多家,广泛的应用于石化废碱液、农药生产废水、丙烯晴生产废水、焦化废水以及城市污泥的处理。为了缓和反应的条件，20世纪70年代以来，在传统的湿式氧化法的基础上发展了很多种衍生技术，以降低反应的温度和压力,缩短反应时间，减轻设备腐蚀和降低反应成本。
（三）部分湿式氧化的开发及其技术特点
以湿式氧化法的基本原理为基础发展出很多种应用技术路线，其中部分湿式氧化法(Partial wet air oxidation，简称PWAO)与通常的湿式氧化法不同之处在于，它在处理有机废弃物时，主要是稳定易腐化有机物，如其中的蛋白质，而不是全部氧化。与通常的湿式氧化法相比，部分湿式氧化法主要的优点还包括：
1.反应的温度、压力较低，相应的反应釜造价低；
2.氧化程度较低，因此可以减少压缩空气(或其它氧化剂)用量，节省费用； 3.处理后的产物更易于固液分离，过滤比阻更小； 4.产物无毒害、无恶臭，能作为土壤改良剂或堆肥原料等。
（四）绿创的突破与创新
综合以上分析，绿创生态公司正是基于市场需求及政策形势，结合污泥资源化的巨大市场潜力，将传统的湿式氧化法进行改进，使之与资源化的目标相匹配，率先在国内开发成功HiROS污泥高速资源化处理工艺并成功应用于污泥处理处置。其设计核心思想与《指南》所要求的污泥土地利用高度一致，其关键的技术突破在于：
1.以化工及矿山机械设备的技术进步为依托，成功实现了污泥湿式氧化设备的全流通连续化处理处置工艺；最大限度的回收利用系统热能，降低能耗；
2.将国外已成功应用于有机物的部分湿式氧化法工艺与造纸工业的纤维活化工艺相结合并成功应用于污泥领域，达到对污泥的资源化处理处置。3.从“以处置定处理”的原则出发，将部分湿式氧化氧化与活化、喷爆工艺相结合，大幅提高产成品的资源化品质。
三、工艺流程简介
一个典型的HiROS工艺流程如图所示，主要包括以下几个功能系统组成：
（一）物化预处理单元
该单元主要是完成对污泥的前期调质准备，为反应准备条件。
首先，来自污泥压滤机脱水后的污泥经输送机送入储罐中待用。在物化预处理器中，根据原料的组成、含量及重金属和其他有害物质的性质与特殊助剂和添加剂混合，完成对物料的配制。配制好的物料，通过物料泵连续输送至高速稳定釜中，供HiROS工艺处理使用。在该单元中，为节约能耗及减少排放，物料的预热或添加水等均使用物料换热和工艺废水。
（二）高速稳定处理单元
该单元是HiROS工艺中的核心单元，在该单元中，完成对物料的无害、减量化处置。由物料泵送入高速稳定釜的物料，在一定温度和压力条件下，在催化剂的作用下与进入稳定釜的氧化剂发生系列化学反应，使物料中部分有机质被氧化分解。该单元温度、压力条件均由反应热提供以维持反应的自续进行，反应的启动热依靠外加热源供应，物料在高速稳定釜中经合理的停留时间后，易降解的有机质被氧化分解。反应后的物料依靠自身的压力通过出料口排至强制过滤机将其水分脱出，完成污泥的无害化、减量化处理。
该单元的温度、压力条件使存活于原污泥中的病毒、病菌、寄生虫等有害生物被有效灭活。同时，在此条件下，萃取剂与物料中的重金属发生反应，使物料中的重金属从污泥中进入液相，液相中的重金属可以根据种类及相应的指标要求采用合适的工艺加以去除。
（三）高速活化处理单元
该单元的功能是对处理后的污泥进行资源化处置。
在经过高速稳定单元并经脱水后，物料已被无害减量处理，但物料的活性还未被完全有效激活，只能作为一种低效的营养土使用，为了使原存于物料中的N、P、K及纤维素、有机质转化为能被农作物吸收的高效有机肥基体，HiROS工艺设置了高速活化处理单元。在本单元中，来自高速稳定单元中被软化纤维素的木质素在特定条件下被活化剂打破，使其内部的纤维素、半纤维素充分暴露还原，原存于物料中的有机成分如腐殖酸、N、P、K被吸附至纤维素微孔中。
在该单元中，物料在这里与助剂混合、反应，发生还原反应。
（四）膨化处理单元
该单元的功能是完成物料的膨化，增加纤维素的比表面积，使物料具备高效的保湿、透气功能。
在膨化器中，物料中的纤维素，经膨化后，能够最大程度的裸露出来，使最终产品的吸水性、持水性得到明显的改观，提高有机肥基质的品质。在操作上，使用自动控制系统对膨化器入料器、膨化器、压力调整器控制。膨化后的物料，通过分离设备，脱去水分，达到水分含量的要求后，即可作为本套工艺的产品——肥基。
此外，系统中还包括添加剂配置、水循环利用、能量回收、空气压缩、空气净化等工作单元，整套装备采用集散式中央控制系统进行控制，全自动化操作。
本套工艺生产出的肥基，可作为复合肥的主要成分，可根据需要添加不同的组分，调整生产不同品质的优质复合肥。
四、工程实践：北京南口污水处理中心污泥资源化项目
（一）处理量：50t/d，含水率 80%；日产资源化产品：15t/d；设备占地面积：600平方米；
（二）处理周期：约1小时，可以做到日产日清；
（三）污泥处理电耗：80－90kWh/t；
（四）高速稳定釜操作参数：温度160-220℃，压力≥1.6MPa，停留时间20－30min；
（五）高速活化釜操作参数：温度130-160℃，压力≥1.4MPa，停留时间2030min。
（六）污泥处理后产物的主要性能指标（基于示范工程）：
1.含水率：≤45%；
2.有机质含量（干基）：≥300g/kg；
3.氮磷钾（N+P2O5+K2O）含量（干基）：≥90g/kg； 4.pH：6-9；
5.重金属等污染物浓度：满足《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》CJ/T309-2009要求。
五、知识产权及其他
1.专利池正在构建中，已申请4项发明、3项实用新型专利，已获批3项实用新型专利；
2.中国工程院院士、中国环境科学研究院资深专家刘鸿亮、任阵海两位院士高度评价本技术，并建议支持推广；
3.受邀免费参展英国世博零碳馆，参展中关村自主创新成就展备受关注； 4.示范项目资源化产成品达农用指标，并已被有机肥厂作为肥基长期收购； 5.已被评为北京市自主创新产品，并被评为政府首购项目；
6.住房和城乡建设部科技发展促进中心科技成果评估认为国内领先。
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