日前,随着两院院士石元春与广东湛江农垦局局长陈剑峰、广西必佳微生物工程公司总经理梁近光共同用火把将UASB-TLP装置出气口的沼气点燃,广东湛江农垦三和酒精厂快速高效厌氧发酵工程系统成功启动。
活动结束后,记者正常采访了该项目实施方负责人、中国农业大学生物质工程中心主任、博士生导师程序教授。
程序:TLP是一项可将高浓度有机废液化害为利、规模化生产沼气、用沼液灌溉蔗田和果园的引进吸收再创新技术。
TLP由日本爱博公司研究开发。它汲取了荷兰开发的UASB(上流式厌氧污泥床)及后来的IC(内循环)工艺的优点,针对它们在处理高浓度有机废液上的不足,对菌(群)种选育及其污泥颗粒培养、厌氧罐的结构和工艺流程进行改革和创造而成。
2000年,广西必佳微生物工程公司(简称广西必佳)在引进TLP技术的基础上,由日方指导,针对糖蜜酒精废液和木薯酒精废弃液体处理的难度和特殊性,进行了菌群的筛选优化、颗粒污泥最适宜培养条件以及厌氧罐内部三相分离结构的改进,获得了初步成功。在中试规模(800立方米厌氧罐)条件下,COD(化学需氧量)负荷达到25kg/m3d。
这种对高浓度有机废液的处理效率,是目前国内通用的UASB技术的10倍,而造价只有后者的1/2到1/3。更有意义的是,该技术能在24小时内将COD浓度从数万mg/L大幅降至2000mg/L左右,产生的沼气数量非常可观,这就为沼气的产业化(商品化)创造了有利条件。而用常规UASB+好氧处理技术产生的沼气数量少,且绝大部分逸入大气中没办法回收。此外,高浓度有机废水经高效厌氧发酵处理后,沼液pH值由3.3上升到7.0,又含有大量的矿质养分和植物生长激素,成为灌溉工厂周边农田甘蔗等农作物理想的有机肥。
《科学时报》:你刚才谈到TLP可将高浓度有机废液化害为利,能否介绍一下这方面的情况?
程序:所谓“高浓度有机废液”,在这里特指COD值高于1万mg/L的酒精废水。它是连污水治理专家都望而生畏的环保顽敌,主要是甘蔗和木薯在加工糖、淀粉及酒精过程中产生的。以木薯加工酒精为例,每生产1吨酒精,就会产生12立方米的废液。这些废液奇臭难闻,分解困难。以前通常无法将其处理成达到国家环保规定的、向水系排放的标准(COD值100mg/L以下)。
程序:过去,许多淀粉和酒精企业都是将其排放入江河湖泊,致使污染事故迭出。做得稍好的企业也不过是长期租用工厂附近的土地,将废液存放到小水库或塘堰中,让雨水将其稀释,自然氧化,经过两至三年的时间,COD浓度逐渐降低。但尽管如此,仍没办法避免有机污染物渗入地下、进入水系,以及造成的严重空气污染。
《科学时报》:既然这些酒精废液含有大量的有机物,为啥不可以将其直接用于农田灌溉呢?据说世界蔗糖主产国家巴西就是直接用于灌溉的。
程序:巴西确实是将生产酒精的废液用于灌溉蔗田。但在我国特别是广西,这样直接施用则不行。
巴西用甘蔗生产酒精(燃料乙醇)是规模经营,而工厂周边农田面积广阔,加之其土壤pH值近中性,因此有足够大的对废液COD的承载能力。在我国,特别是在耕地面积有限、土壤酸性很重、多喀斯特地质且水系发达的广西,就完全不能这样做。未经处理或处理度低的酸性废液(pH值4.0以下)长期渗入地下,必然使土壤严重酸化与板结;同时还会导致非常严重的水污染。但是,淀粉/酒精废液中确实含有大量的生物能以及植物养分,水量又非常大,如不利用,只能白白浪费。
程序:对高浓度有机废液的处理,国内外公认的最佳技术路线是分两段进行。首先,用厌氧发酵的方法,把废液中的COD浓度在短时间内(20~30小时)迅速降至一两千mg/L;主要是发挥厌氧法效率高、耗能少、成本低的特长;第二步是好氧发酵,将COD浓度再进一步降至环保规定的排放许可标准以下。
就厌氧发酵技术而言,近年来国内最常用的是引进荷兰人上世纪70年代发明的UASB。但由于该技术当初主要是针对啤酒厂COD浓度为7000mg/L左右的中低浓度有机废水设计的,用来处理COD浓度数万mg/L或更高的有机废液,效果自然不理想。为了弥补低效率的缺陷,采用UASB工艺的企业,一般只得采取将厌氧罐的容积扩大到上万立方米,并延长废液在罐内的滞留时间。但这会带来不少问题。
程序:一是基建投资和运行的成本过高,很多企业承受不起;二是厌氧发酵罐启动时间进一步加长。有时要好几个月,而甘蔗与木薯加工期一般只有4至5个月。因此废水的厌氧处理其实就是“打打停停”,消解COD浓度的工作只好转给好氧发酵段完成。而目前好氧发酵技术和工艺更为落后。多数企业不得不附有面积特别大的简易的氧化塘或水库,用以长期存放巨量的废液。有的企业则干脆趁下雨发洪水之机开足马力生产,并直接向河道排放。这是发生环保事故的主要原因。
《科学时报》:听了你的介绍和分析,TLP相对于传统方法,在处理高浓度有机废液方面的功能与作用确实很好。请谈谈它的推广前景。
程序:UASB-TLP推广前景广阔。仅广西全区就有制糖、淀粉和酒精厂数百家,还有不少造纸厂、食品厂和酿造厂。据2008年《中国环境统计年鉴》,2007年全国工业废水年COD排放总量为511万吨,广西为60.8万吨,居全国各省(市、区)之首,比居第二位的河北省还高出28万吨。
这些高浓度有机废水其实是生物质能源的理想原料。一个年产10万吨糖蜜酒精的工厂,废液量达120万吨。其所含COD可以转化获沼气4032万立方米;如用于发电,可得6109万kWh。如果把广西工业废水所含60.8万吨COD的能量都回收利用,将是一笔巨大的财富。
《科学时报》:如果此项技术在全国推广,产生的经济、社会、环保效益是否更大?
程序:天然气是一种最重要的洁净燃料,而我国天然气储量不足。截至2007年底,现已探明的天然气储量为3.68万亿立方米,仅占全世界总储量的0.9%。天然气贡献的能量只占我国能源总消费量的2.5%,而世界平均是25%。到2007年,中国的天然气年消费量已达680亿立方米。据估测,到2020年我国天然气的年需求量将达2500亿立方米,届时将有900亿立方米的缺口。
我国有机废弃物及废液的产生量巨大。工业和城市生活垃圾污水中所含有机物折合COD约每年1600万吨;而大中型畜禽养殖场的废弃粪便中COD更多达约8000万吨。以每吨COD可产生约350立方米纯甲烷计,如利用TLP技术全部加以处理和收集,理论上至少可年产约350亿立方米甲烷气,接近目前全国一年天然气消费量的70%。这还不包括大中城市数以千计的垃圾填埋场所能产生和收集的沼气。
有关省区特别是广西有关部门,应及时对国内外的高浓度有机废液处理技术作详尽调研,选定适合大范围推广的过硬技术,以加速COD减排和为增加生物能源的产出作出新的贡献。