我国城镇污水处理厂污泥处理处置及资源化概况

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  摘要:由于城镇污水处理厂的不断建设与使用,污泥量大量增加,由此带来了巨大的潜在危害。通过对我国当前污泥的理化性质、处置现状、存在问题分析,阐述了目前常用的污泥处理处置及资源化的主要途径并分析了其优缺点,从而提出了未来我国污泥处置发展方向。
  关键词:城镇污水处理厂;污泥处理处置;资源化
  Survey on sewage sludge treatment and disposal
  and resource from urban sewage treatment plant in China
  CHENG Chang-wei1;KANG Shu2;WANG Xi-wu3
  (1. Northeast Coal Industry Environmental Research Ltd of Jilin.changchun 130062;2. Water company of Anshan Water companies,Anshan 114051;3.Northeast Oil and Gas Company of China Petrochemical,changchun130062)
  Abstract:Sludge increases rapidly with the building of a great number of wastewater treatment plants,This brought tremendous potential hazards。Through to analysis of the current sludge physicochemical properties、Disposal status、Existing problems,Elaborated the current sludge treatment and disposal and resource utilization of the main way and analyzes its advantages and disadvantages,In order to put forward the future development direction of sludge treatment in our country。
  Keywords: Urban sewage treatment plant; Sludge treatment and disposal; Resource
  中圖分类号: [TU992.3]
  随着我国城市化和工业化程度的提高,水环境污染问题日益突出,公共环境安全已成为社会关注的焦点,加大水污染治理、确保水环境质量成为各级政府和全社会的热门话题。越来越多的城市工业、生活废水需要处理,因此,全国大批城市污水处理厂建设并投入运营。据统计,截止2009年末,全国设市城市、县及部分重点建制镇累计建成城镇污水处理厂1993座,总处理能力已超过1亿立方米/日,城市污水处理率达到72.3%。据国家环保部“十二五”规划:到2015年,全国新增城镇污水管网约16万公里,新增污水日处理能力4200万吨,基本实现所有县和重点建制镇具备污水处理能力,城市污水处理率达到85%。而目前我国的水处理工艺以传统的活性污泥法和氧化沟法等生物法为主,污泥产率按照1.5~2.0t/万吨污水计,2015年污泥的产量将达到1036万吨/年,且以每年10%的速度递增。作为一种具有巨大环境污染危害的废弃物,污泥如何妥善处理处置已经成为公众关注的环境问题。
  一、污泥性质
  污泥的共同特点是水分高(一般98% ),体积庞大,不易处理。污泥成分复杂,含有大量的有机物质(主要为苯、氯酚等),有毒有害的重金属,病源微生物、寄生虫卵,盐类以及放射性核素等难降解物质,对动物、人类以及环境造成较大的危害【1】。污泥中上述物质的组成对污泥处理处置工艺选择起着重要作用。
  1.污泥水分
  污泥含水率高几乎是一切污泥的共性,城市污水厂的初沉污泥含水率一般在95~97%,而二沉池污泥含水率则高达99%以上,污泥含水率很高导致污泥体积庞大,不但给输送、处理与处置带来很大负担,而且对回收利用也不利。另外含有大量的微生物的有机性污泥在高含水率条件下特别容易腐败变质。总而言之,降低含水率是污泥处理处置的第一道工序,是所有污泥处理中的重中之重【2】,经过脱水处理后的污泥其体积大大减少,易于开展综合利用。
  2.重金属
  我国城市污水中工业废水比例较大,故污水处理厂初沉及二沉污泥重金属含量较高,某些重金属含量超标严重。杨军【3】等于2006年从全国范围内选取107个城市污泥样品,测定了其重金属含量.结果表明,污泥中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的平均含量分别为20.2、2.01、93.1、219、2.13、48.7、72.3和1 058 mg/kg。与2001年以前的调查结果相比,污泥中的重金属含量总体呈下降趋势,其中Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量分别降低了32.3%、49.7%、54.9%、25%、37.2%、44.8%和27%。与《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918--2002)相比,城市污泥中Cd、Cu、Ni和Zn含量的超标率相对较高,其超标率分别为6.5%、6.5%、6.5%和11.2%.
  3.有毒有机物质
  任何进入环境的有机化合物均可能在污泥中被发现。德国城市污泥中发现了332种可能危害人体和环境的有机污染物,其中有42种可被经常检测到,而且很多是属于优控污染物。污泥中的有机污染物的研究工作已在发到国家开展多年,中国在这方面的研究工作还不是很多,但并不意味着中国的污水污泥中不含有或少含有机污染物。北京高碑店污水处理厂的污泥中已经检测到35种含氮芳香族化合物,并有7种已经定量化。广州市大坦污水处理厂的污水中检测到毒性有机污染物54种,主要包括邻苯二甲酸脂类、单环芳烃、多环芳烃、苯酸类、芳香胺类、芳香酸类、氨基甲酸酯衍生物和杂环化合物等,其含量多在几十μg∕L以上,最高达808μg∕L.这些有机污染物通过颗粒物吸附会大量的富集在污泥中。
  我国污泥处置现状分析
  1.现状
  我国的污泥处置系统发展较为缓慢,这主要是受经济条件的制约。我国污泥的处理费用仅占污水处理厂总运行费用的20%~35%,低于发达国家的50%~70%。目前污泥处理处置方法主要有:浓缩、调质、稳定、脱水、填埋、堆肥、焚烧和污泥制砖【4-5】,其中填埋和堆肥是最主要的处理方法。常用的污泥处理处置工艺有如下几类【6】:
  
  
  总之,污泥处理方案的选择,应根据污泥的性质与数量;投资情况与运行管理费用;环境保护要求以及有关法律与法规;城市农业发展情况及当地气候条件等情况,综合考虑后选定。
  2.存在问题
  我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚,全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4,处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10。污泥处理部分只是简单的进行浓缩脱水外运。其中也存在许多问题,主要表现在以下几个主要方面:(1)污泥处理率低,工艺不完善。我国存在着重废水处理,轻污泥处理的倾向。 (2)污泥处理技术设备落后。当前我国有些污水处理厂所采用的污泥处理技术已经是发达国家所摈弃的技术。(3)污泥处理管理水平低。在我国大部分污水厂的管理人员和操作人员的素质较低,缺乏经验。(4)污泥处理设计水平低。在污泥处理方面,我国还缺乏设计经验和实践经验,尤其是污泥处理系统的整体水平还比较低。(5)污泥处理投资低。国内污水厂污泥处理处置费用约占工程投资和运行费的24%~45%,而美国及欧洲等发达国家污泥处理投资已占污水处理厂总投资的50%~70%。我国污泥处理厂污泥处理的发展方向从世界污泥处理的发展趋势估计,污泥的处理处置与污泥资源化相结合必将成为城市污水污泥的最终出路。污泥处理的发展必然要向无害化、资源化方向迈进。三、污泥处理处置途径和资源化利用
  目前,我国城市污泥处理的主要途径有减量化、稳定化、资源化3种。城市污水处理厂污泥的稳定化技术主要有氯氧化、石灰稳定、热处理、厌氧消化、好氧消化、两相厌氧消化等;污泥减容技术主要有脱水、污泥浓缩以及焚烧;污泥资源化技术主要有投海、焚烧、作农肥和制造建筑材料等。
  1.污泥堆肥
  堆肥化是一种无害化、减容化、稳定化的综合处理技术。堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程,其代谢产物主要是二氧化碳、水和热;厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解,厌氧分解最后的产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物,如有机酸等。厌氧堆肥和好氧堆肥相比较,单位质量的有机质降解产生的能量较少,而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。由于这些原因,几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。通过添加调理剂、膨胀剂以改善污泥的胶体团粒结构,降低含水率;同时由于污泥的进一步腐殖化,植物可利用的养分增加,重金属的生物有效性减小,大大提高了肥料的利用价值。
  2.土地填埋
  污泥的土地填埋始于20世纪60年代,是在传统填埋的基础上,从保护环境角度出发,经过科学选址和必要地场地防护处理,以严格的管理制度和科学的工程操作来加以实施的污泥处置方法。该技术的基本方式是城市污泥经过简单的灭菌处理后,直接倾倒于低地或谷地制造人工平原。好处是操作简单、处理成本低、不需要高度脱水。但是由于污泥中含有各种有毒有害物质经雨水的侵蚀和渗漏会污染地下水。
  1992年欧盟大约40%的污泥采用了填埋处置,据调查2005年,欧盟国家的污泥卫生填埋场所仅能容纳污泥总产量的17%。由于污泥填埋对污泥的土力学性质要求较高,需要大面积的场地和大量的运输费用,地基需作防渗处理以免污染地下水等,近年来污泥填埋处置所占比例越来越小,许多国家和地区坚决反对新建填埋场。英国污泥填埋比例由1980年的27%下降到1995年的10%,且从1996年10月,英國对污泥的陆地填埋处理征收一定的税收,到2005年将继续下降到6%【7】。
  3.污泥焚烧
  焚烧是使污泥中的可燃成分在高温下充分燃烧,最终成为稳定的灰渣。焚烧的优势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到无害化和减量化,其产物为无菌、无臭的无机残渣,含水率为零,且在恶劣的天气条件下不需存储设备,能够满足越来越严格的环境要求和充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥【6】。当然焚烧也存在一些不足之处,在焚烧过程中会产生二次污染物包括有害气体(如CO、HC、SO2等),并且污泥中的重金属会随着烟尘的扩散而污染空气,残余灰烬也富含污染物,再进行填埋处置也易造成环境污染,而且焚烧的成本是其它工艺2~4倍;另外污泥必须保证比较低的含水率才能制作“合成燃料”这就需要提高污泥的脱水程度。
  4.污泥制造建材
  污泥中除了有机物外往往还含有20%~30%的无机物,主要是硅、铁、铝和钙等。因此即使将污泥焚烧去除了有机物,无机物仍以焚烧灰形式存在,需要做填埋处置。如何充分利用污泥中的有机物和无机物,污泥的建材利用是一种经济有效的资源化方法。主要包括利用污泥及其焚烧产物制造砖块、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等【8】。目前,污泥的建材利用已被看做是一种可持续发展的污泥处置方式而在日本及欧美国家逐渐发展起来的,其中日本已经有多家城市污水处理场引进污泥焚烧灰制砖技术,德国和英国也计划大规模应用污泥灰制作建材。污泥的建材利用,总体来说,多项技术已经成熟,其应用前景良好。其中,建筑砖块、轻质材料及水泥材料等技术,已在日本、德国等国家开始大规模化生产应用或正在计划大规模生产再利用【9】。
  四、展望
  我国在进行污泥处理处置技术选择时将遵循污泥处理处置全过程管理“减量化、稳定化、无害化”和体现节能减排和循环经济的原则。通过对上述多种污泥处置方法不同优缺点的阐述,将污泥的处理处置与污泥资源化的相结合,将成为城市污水污泥处置发展的重要手段。但城市污泥处置的途径方法在选取过程中应当充分考虑不同污水处理厂污泥处理数量、污泥处理技术、污泥的特性及其经济效益等各方面的因素科学选取。
  参考文献:
  【1】唐小辉,赵力.污泥处置国内外进展[J].环境科学与管理.2005.30(3)
  【2】徐亚同等.废水生物处理的运行管理与异常对策[M].北京.化学工业出版社.2003
  【3】杨军等. 中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势[J].中国给水排水.2009.7.25(13)
  【4】刘帅霞.城市污水处理厂污泥制砖的可行性研究[J]..中原工学院学报, 2006, 17(1)
  【5】Zhang Panyue, Zhang Guangming, Wang Wei. Ultrasonic treatment of biological sludge[J].:Floc disintegration, celllysis and inactivation.Bioresource Technology, 2007, 98(1)
  【6】张小平.固体废物污染控制工程[M].北京.化学工业出版社。2010.8.
  【7】唐小辉,赵力等. 污泥处置国内外进展[J].环境科学与管理.2005.630(3)
  【8】宿翠霞,王龙波等.城镇污水处理厂污泥处置与资源化利用[J].中国综合资源利用.2010.528(5)
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