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国外城市污泥处理处置方式对我国的启示

北极星水处理网  来源:环境工程    2016/1/27 10:27:27  我要投稿  

北极星水处理网讯:摘要

本文介绍了国内外常用的污泥处置技术和方法,通过与其他国家的对比,结合我国国情总结出:现阶段我国污泥处置技术应以污泥土地利用为主,在土地利用过程中应加强对污泥中重金属、有机污染物和病原体等污染物的控制。

引言

城市污水处理场污泥主要包括栅渣、沉砂池沉渣、浮渣、初沉池污泥、二沉池剩余活性污泥。其中栅渣和沉砂池沉渣多为粒度较大的无机固体颗粒物,一般作为垃圾处理,初沉池污泥和二沉池剩余活性污泥有机质含量高,初沉池污泥含有病原体和重金属化合物,二沉池生物污泥基本成分为微生物体,易腐化变质,需回收利用妥善处置。污泥成分复杂,除上述物质外,还含有大量氮、磷和多种微量元素及有机质,也可能含有有毒有害、难降解的有机物等物质,若处置不当,可能对生态环境造成极大危害。

1国内外污泥处理处置现状

1.1国外污泥处理处置

目前国内外污泥处置方法主要有污泥焚烧、卫生填埋、土地利用。表1是污泥常用的处置方法在几个国家所占比例的对比。

表1 各国污泥处理处置

1.2我国污泥处理处置现状

我国早期污泥产量低且成分简单,经简单处理后作为农肥。20世纪80年代,城市污水处理场得到了长足的发展,但污水处理过程产物——污泥,大多经简单处理后进行农田利用和堆放消纳。20世纪90年代以后,随着污水处理量的增大,污泥产量剧增,我国随即展开污泥处理处置方案研究,经十多年的实验,现已有了污泥卫生填埋、土地利用和焚烧等传统处理处置方法,也有制肥、制作建筑材料、制混凝土轻质骨粒等新型处理方法的示范项目。

目前,国内污泥处理处置技术所占的比例如图1所示 。

图1 中国污泥处置情况

2 国内外污泥的处理处置方法的分析与对比

2.1焚烧处理在各国的应用

污泥燃料化即污泥焚烧。是利用污泥含有的有机成分较高(约占70%-80%),具有一定热值等特点来处置污泥。污泥焚烧技术优势在于其处理的彻底性,减量率可达到95%左右,处理速度快,污泥中有机物被完全氧化,重金属(除汞外)几乎全被截留在灰渣中。污泥焚烧过程所产生的能量可以用于发电和供热,而焚烧灰具有吸水性、凝固性,还可以用于制作建筑材料。在日本,该方法已占污泥处理总量的55%以上、欧盟也在10%以上。

污泥焚烧也存在问题,首先污泥热值较低,同时污泥内在水分较难去除,影响燃烧稳定性,还有污泥焚烧及其系统如何满足环保要求,避免二次污染产生,例如如何避免产生二噁英也是目前焚烧技术面临的一个难题。再有焚烧的价格昂贵,从国外的情况看,焚烧投资以及运转与维护费,是其它工艺的2—4倍。

在欧盟污泥海洋弃置被禁止,污泥填埋越来越受限制时,经济发展水平相对落后的成员国如希腊、葡萄牙等国家,由于污泥焚烧的成本高,也没有选择或很少选择使用焚烧方式处置污泥。在我国也仅是东部沿海一些发达城市如广州存在污泥焚烧处理,且有严格的技术和标准限制。

我国与日本相比,我国的国土面积辽阔,但经济发展落后,这就决定了我国不能像日本那样大范围的使用焚烧技术处理污泥。但是,污泥焚烧发电是最能实现污泥处理的减量化与资源化的,相信随着科学技术的进步污泥焚烧处理必将有更好的发展。

2.2污泥卫生填埋在各国的应用

污泥卫生填埋是发达国家早期处理污泥的一种方式,现在随着技术的发展污泥填埋问题最突出也备受争议。现在随着人口增加,土地资源匮乏,而污泥的卫生填埋需占用大量土地、耗费可观,使其应用受到制约;由于污泥的含水率高,加剧了垃圾填埋场渗沥液的产量,污泥中含有的各种有毒有害物质易污染地下水,现在大部分和垃圾混合填埋的垃圾场存在拒收污泥的现象;另外,因高含水率污泥易引起填埋堆体的整体层移动滑坡,影响填埋场安全,同时,由于污泥含水量高,颗粒细,透水性差,极易造成渗滤液和填埋场气体收集系统的严重堵塞,使渗滤液无法排出,沉积的甲烷气体越来越多,填埋场将成为一颗“定时炸弹”。因此污泥填埋技术并没有最终避免环境污染问题,而只是拖延了污染产生的时间,没有从源头上、根本上解决污泥处置问题,也没有利用到污泥作为一种生物固体资源的价值,这就决定了污泥填埋技术不可能作为一种清洁、资源化处置技术而在未来得到发展。

Biocycle杂志调查表明:美国污泥的主要处置方法是循环利用,而污泥填埋的比例正逐渐下降,美国许多地区甚至已经禁止污泥地方填埋;1999年欧盟的固体废弃物土地填埋法令(于2006年起实施),要求所有欧洲国家用于土地填埋的固体废弃物中有机物含量必须逐年递减,其中污水厂污泥也是该法令规定的固体废弃物种类之一。根据欧盟的统计数据表明,由于法规政策的导向作用使污泥处置方式有了很大的变化,污泥填埋所占比例大幅度下降(从1997年的41%下降到2003年的7%)。欧盟成员国中,法国、德国、比利时、荷兰、卢森堡、爱尔兰等国家污泥填埋有逐年下降的趋势。法国污泥填埋的比例由1992年的20%下降到1998的11%,2005年法国禁止污泥填埋。

相对我国污泥填埋的现状,现在可供填埋的场地已十分有限,不少城市很难找到新的填埋场;根据现在发达国家的污泥处理处置技术的发展,相信在未来我国的污泥填埋量必将大幅度减少,而转向对污泥综合利用更加合理的处置处理方式。

2.3土地利用在各国的应用

污泥土地利用是污泥分散消纳的一种方式,是指通过覆盖、喷洒、注射等方式,将污泥作为一种有机肥料或土壤改良剂,施入土壤表面或土壤中,以达到改善土壤性质,提高土壤综合肥力的目的。所有将污泥归还于土地的利用方式均可称为污泥的土地利用,可以有多种方式:农田利用、林地利用、园林绿化利用以及退化土壤的修复等。

德国1990年污泥农用比例30%左右,增加到1998年的近70%,在短短的8年内污泥农用提高了一半多,同时当英国在欧盟禁止污泥海洋处置时选择污泥土地利用来消纳不能海洋处理的大量污泥,这些足以证明污泥土地利用是见效快,容量大的处理污泥的途径。而目前我国正处在污水处理率大幅提高,污泥产量猛增的阶段,污泥土地利用是解决这一状况的最好办法。

通过对各国污泥处置方法的分析与对比,结合我国实际情况,现阶段适合我国国情的污泥处置方法主要是污泥的土地利用。在建国初期我国土地肥料90%是有机肥料,而随着经济发展土地的肥料更多的来源于化肥,有机肥料所占比重日益下降,这使我国土地的土质恶化,土壤肥力降低;据第二次全国土壤普查结果显示,我国中低产更低土壤所占比例大,耕层薄、结构差、缺乏有机质的耕地3290.0公顷,缺氮的耕地3305.0公顷。约占耕地面积的35%;缺磷耕地6726.6公顷,占耕地面积的70.7%。因此,在土壤质量严重下降的形式下,如何解决用地与养地的矛盾,增加有机肥料,维持土壤生态系统物质平衡,是农业发展急需解决的问题。近些年来国家实施了秸秆还田来弥补使用化肥带来的副作用;现在作为富含有机质的污泥如果能大量的土地利用,也必将对改善我国土壤的土质起到一定作用。我国是一个发展中的国家,又是个农业大国,污泥农用是一条重要的污泥处置途径。

表2列出了我国部分城市的污泥的有机物和营养物质含量以及与美国和猪厩肥的对比,从表中可以得出污泥完全可以作为有机肥料来使用。

表2 中国部分城市污水处理厂的污泥所含营养物质(%)-

此外,我国在2007~2009年之间相继出台了CJ 248-2007 《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》、CJT 289-2008 《城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》、CJT 291-2008 《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》、CJ/T 309-2009 《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》一系列标准,这也使我国污泥在土地利用上有参考标准,也必将推动污泥土地利用的进一步发展。

与此同时,污泥 土地应用的过程中也存在一些需要特别注意的问题,应该加强污染控制与管理。

3污泥土地利用要注意的问题

3.1重金属污染及其控制

2006年,中国科学院地理科学与资源研究所从全国范围内选取了107个城市污水处理厂的污泥样品,测定其重金属含量。结果表明,中国城市污泥中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量,与2001年以前的调查结果相比总体上呈下降趋势,与我国《农用污泥中污染物控制标准》相比,当前我国城市污泥重金属的超标率很低,我国城市污泥中的重金属污染风险并不高,绝大部分可以经过无害化处理后进行土地利用。表3是我国污泥土地利用重金属的控制和其他几个国家的对比,其中可以看出我国对施用污泥重金属的控制还是相对严格的。

为了减轻污泥中重金属对植物生长的不利影响可从两方面考虑,一是使污泥中重金属转化为稳定形态,即将其固定或钝化,二是去除污泥中重金属如重金属沥滤,主要通过降低污泥pH值将污泥中重金属转化为溶解态,沥滤到液相中,然后通过固液分离而去除。通过近些年研究发现堆肥处理可钝化城市污泥中的重金属,降低其土地利用中重金属的污染风险。

我国在污水污泥中重金属与有机污染物这两个领域的研究还有很多工作要做,包括污泥中有机污染物和重金属的表现形式,以及污泥处理过程中它们的变化及对土壤—污泥系统的影响。污泥质量还取决于污水厂处理的污水质量,因此,也要从污染源着手,应尽可能将工业废水和生活污水分开,降低进人城市污水的重金属及有机污染物的浓度。

表3 我国与其他国家污泥土地利用重金属标准的对比

3.2有机污染物的控制

目前我国对于污泥中有机污染物的在农业环境中的研究较少,从以有的报道来看,也主

要集中在污泥中有机污染物种类及含量的分析以及少量关于堆肥对有机污染物的去除影响,对于污泥施入土壤后的毒性、转化、去向生态效应和调控措施等方面缺乏研究,科研人员需要更深入系统的研究,为污泥的安全利用提供科学依据。

我国在新制定的无论是污泥农用还是园林绿化用泥质都对污泥中有机污染物做了规定,这也有助于科研人员进一步研究,也有助于污泥的安全利用。

污泥中含有的有机污染物,有多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)、可吸附有机卤化物(AOX)、多氯代二苯并二噁英/呋喃(PCDD/Fs)、矿物油等,这些有机污染物主要工业废水,因此控制污泥中的有机污染物最有效、最经济的策略是源头控制,即生活污水和工业废水严格分开,对其进行单独处理是最有效的措施。

3.3病原体的污染控制

污泥中含有大量的致病微生物和寄生虫卵,如果不经过有效的处理就使用到土地上会对环境和人的身体健康造成严重的影响。目前常用的灭菌方法有消化处理法(包括厌氧消化和耗氧消化)、石灰消毒法、辐射处理法、加热干燥法、堆肥法等。从经济和技术角度来分析堆肥法是处理污泥的首选。

陶俊杰,王海涛等研究表明只需在50~60℃温度条件下将污泥加热30min左右就可将绝大部分致病微生物与寄生虫卵杀死,又不损失其中的植物养分。通过对各种灭菌方法的对比得出堆肥时最经济的处理方法之一。

杨光、袁菊等通过对脱水泥饼、锯沫和粉煤灰进行混合堆肥,可以实现堆体升温到50~55℃,并保持5~7d以上,所得堆肥产品符合国家相关卫生标准(GB 7959—87),满足杀灭病原菌的目的。

我国有关污泥施用后土壤环境中病原菌的存活、繁殖和再生等方面的研究较少,对于污泥中常见病原菌的种类和数量也缺少一个系统全面的调查。随着公众对健康和环境安全的日益关注,污泥病原菌方面的研究需要进一步加强。

3.4污泥中使用总量的控制

某块土地施用污泥数量有一定限度,当达到这一限度时,污泥的土地利用就应停止一段时间后再继续进行.具体的污泥施用量应在调查研究的基础上,根据气候条件、地理环境、作物种类及土壤同化能力,制定适合本地区特点的污泥施用额定负荷量,以确保污泥的土地施用安全。德国污泥农用条例规定在3a期内每土地最多施用5t(干污泥)/hm;欧共体污泥农用准则规定了10a内每公顷土地的污泥施用量。德国污泥农用条例还禁止在永久牧场和林业用地上施用污泥。

我国在CJ /T 309-2009《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》 标准中规定了农田年使用污泥量累计不能超过7.5t/hm2,且连续使用不能超过十年。

结 论

从以上情况来看,各国处理污泥都在朝着一个方向发展——污泥资源化利用,无论是以日本为代表的污泥焚烧发电,还是以美国、法国和德国等国家代表的土地利用,都说明了这点,所以我国也要加快污泥资源化利用的步伐,以我国目前的国情和经济发展来看,效仿美国等国家加大污泥的土地利用是最能见效的的方法,在土地利用的过程中应该加强对重金属,有机污染物等对土地利用产生危害的污染物的控制。同时科技人员也要加紧污泥处理新技术的研究,特别是污泥焚烧发电,为以后我国污泥更充分的资源化、无害化、减量化利用打下基础。

原标题:国外城市污泥处理处置方式对我国的启示

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