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吉建斌

 
 
 

日志

 
 

不同污泥处理与处置工艺的碳排放(下)  

2017-12-23 06:55:49|  分类: 废水污泥处理和资 |  标签: |举报 |字号 订阅

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覆盖物料的含水率、环境温度也可影响CH4的氧化率。覆盖材料的较适持水力为33%?67%(Einola et al.,2007)。含水率过高可导致氧气及气体渗透率过低,影响CH4的氧化;含水率过低,可引起覆盖材料表面出现宏观裂隙,造成CH4的泄漏。甲烷氧化的最适温度为20?38(Einola et al.,2007)。环境温度可通过影响CH4氧化菌的酶活性而影响覆盖物对CH4的氧化效率。研究表明,当环境温度从?24.1上升到24.3时,CH4的氧化率可提高81%(Einola et al.,2008),但是当温度超过45,CH4的氧化停止(Czepiel et al.,1996)。

由于CH4氧化影响因子的复杂性,在实际应用中,应综合考虑地区气候条件、填埋场配套技术措施及CH4产生量等因素,因地制宜的选择覆盖材料以减少碳排放。

3.2 土地利用

土地利用是污泥实现污泥资源化利用的重要途径。土壤中存在大量的CH4氧化菌,是重要的大气CH4汇,每年可从大气中吸收30 Tg CH4。污泥的土地利用可改良土壤的理化性质,但增加了CO2和CH4的排放。这主要是因为污泥中含有大量的有机质,施入土壤后,在土著和外源好氧微生物的作用下分解产生CO2,并同时促进了土壤原有易降解有机质的分解;此外,污泥的施用改变了产甲烷菌群的结构,促进了CH4的产生(Sheppard et al.,2005)。研究表明,施用污泥的土壤CO2和CH4的排放量分别较对照土壤、施用化肥的土壤增加了120%?224%、162%和25%?75%、27%(Scott et al.,2000;Fernandes et al.,2005;Contreras-Ramos et al.,2009)。

污泥土地利用的碳排放与土壤有机质含量有关。污泥施用后,高有机质土壤的碳排放量较低有机质土壤的碳排放量大(表5)。其原因是高有机质土壤中的微生物菌群密度大、种类多,而污泥的施用为这些微生物提供了充足的营养物质及水分条件,增加了微生物的活性,从而促进了污泥及原土壤有机质的分解(Soriano-Disla et al.,2010)。

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污泥土地利用的碳排放量因污泥种类而异Franco-Hernández et al.,2003Er et al.,2004,这与不同污泥的碳含量、有机质种类、微生物活性及其菌落组成不同有关施用脱水污泥的CO2排放量是腐熟污泥堆肥的7倍Fernández et al.,2007);施用普通污泥的CO2排放量是灭菌污泥的2?4倍López-Valdez et al.,2010)。

但是,污泥施用后的碳增排量可通过植物碳汇的增加得到补偿研究表明,污泥施用可增加12%?137%的植物固碳量表6)。因此,虽然污泥的直接施用在短期内增加了碳排放,但是就长期而言,可通过增加植物碳汇及促进CH4氧化而增加土壤碳汇Tian2009对露天矿土壤复垦,连续施用34年污泥,其年均净碳汇量为1.73 Mg?hm?2

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虽然污泥的长期土地利用可增加碳汇量,但是污泥直接施用的风险较大,易造成烧苗、病虫卵及杂草种子传播等危害。而堆肥是实现污泥无害化的有效措施。因此,建议以污泥堆肥代替原污泥进行土地利用。

3.3 焚烧

污泥焚烧过程中83%的碳以气体形式损失(Lee et al.,2008),其最终气体产物主要为CO2。据测算,焚烧每吨湿污泥的CO2直接排放量为74 kg(Hong et al.,2009)、间接排放量为119 kg。污泥焚烧的CO2直接排放量主要与焚烧温度有关,受污泥种类、水分含量的影响较小。焚烧温度越高,碳排放量越大。污泥液化温度从500增加到700时,CO2气体含量可从40%?60%增加到70%?80%(Ogada and Werther,1996)。焚烧的CO2间接排放主要由电力及燃料消耗造成。但是,该部分的CO2排放可通过热能的转化得到补偿。研究表明,焚烧产生的热能可补偿75%的能量消耗(Houillon and Jolliet,2005)。通过改进工艺可降低CO2的间接排放。Murakami等(2009)将涡轮增压器代替传统流化床焚烧炉工艺中的鼓风机、排风扇、给水泵,CO2排放可减少40%。

污泥焚烧技术的投资大,维护、运行成本也较高,且会造成烟气污染。我国对污泥焚烧的研究起步较晚,在控制碳排及污染物排放方面还没有全面、系统的研究。

4 结论(Conclusions)

1)好氧堆肥、干化、土地利用、焚烧的碳主要以CO2的形式排放;厌氧消化、填埋的碳排放以CH4为主。污泥处理处置直接排放的CO2属于中性碳,不计入温室效应范畴。因此,仅考虑CH4的直接排放和能耗导致的CO2间接排放,好氧堆肥的CO2排放当量较低,填埋的CO2排放当量较高。

2)好氧堆肥、厌氧消化、填埋工艺分别可以通过改善通风状况、前处理和多类型污泥联合处理、有机材料覆盖等措施减少CH4排放量及CO2的间接排放量,实现碳减排。而干化、焚烧工艺可通过降低能耗等方法减少碳排放。

3)土地利用在短期内增加了碳排放,但在长时间范围内,可通过增加生物量增加土壤碳汇。然而,污泥直接土地利用风险较大,建议以污泥堆肥代替原污泥进行土地利用。

参考文献(References)

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