国内外污泥研究现状及进展

2008-7-15 8:04:13  作者:卢宗文(…  来源:艾普网  【 查看评论
内容摘要 本文主要阐述了国内外污泥处理与处置的现状与进展,分析评价了各种污泥处置的方式,并提出了适合我国国情的农用处置方式。
污泥处理的目就是减量化、稳定化、无害化、资源化,要达到这一目的,必通过各种机械和处理构筑物的结合,组成污泥处理、处置系统。污泥处理、处置的基本步骤为:浓缩、脱水、干燥、焚烧等。

1.国外污水处理厂污泥处理与处置现状及进展

  通常情况下国外的城市污泥处理系统工艺流程一般有下列四类:
   (1) 原污泥→浓缩→脱水→处置脱水滤饼
   (2) 原污泥→浓缩→脱水→焚烧→处置灰分
   (3) 原污泥→浓缩→消化→脱水→处置脱水滤饼
   (4) 原污泥→浓缩→消化→脱水→焚烧→处置灰分
   根据日本对318个污水处理厂的统计[1.2],污泥处理方式(1)占34%;方式(2)占8.8%;方式(3)占26%;方式(4)占5.7%;其它方式占25.5%。
   在污泥处理过程中,影响污泥性质稳定的是污泥中的有机物量,这些有机物含大量不稳定的腐殖质组分,极不稳定,在短时间内就会散发难闻的气味,因此需要进行稳定化处理,最终的脱水泥饼或者焚烧后的残渣还需要进一步处置。城市污水处理厂产生的污泥量与每个国家、每个地区污水处理负荷、处理方法以及污水组成等有关。
   据美国环保署估计,自从1972年政府颁布水净化条例以来,污泥量逐年快速的增加,2010年将达到820万吨。下表1是1998年以后美国污泥产量和处理状况及预测[3]

表1  美国污泥产量及其预测[3]

年 份

1998

2000

2005

2010

有利利用

(百万吨)

(干污泥)

土地利用

2.8

3.1

3.4

3.9

先进处理

0.8

0.9

1.0

1.1

其他有益利用

0.5

0.5

0.6

0.7

小   计

4.1

4.5

5.0

5.7

处置

(百万吨)

(干污泥)

地表处置/陆地填埋

1.2

0.9

0.9

0.9

焚烧

1.5

1.6

1.6

1.5

其它

0.1

0.1

0.1

0.1

小计

2.8

2.6

2.6

2.5

总计(百万吨)

6.9

7.1

7.6

8.2

 在英国,根据资料[4.5],污水处理产生的污泥年产量为110.7万吨干污泥,表2列出了英国污水污泥的处理方法及处理量。

表2 英国污水污泥处理方法及处理量[4.5]

 

处理方法

处理量(万吨/年)

百分比(%)

厌氧处理

60.3

54.5

好氧处理

2.1

1.9

石灰处理

1.4

1.3

堆   肥

0.6

0.5

方法不明

1.7

1.5

未经处理

44.6

40.3

  据资料[4.5]统计,英国污泥最终处置的主要方法是农用(46.6%),其次为污泥排海(33.5%)。随着环境问题的日益严重,欧共体在协定中规定污水污泥排海的最后期限为1998年12月31日,这意味着英国将有30%的污泥转向陆地处置。目前英国42%的污泥厌氧消化后回用于农田,填埋所占的比例较小,只占污泥处理量的8%,从长远的观点来看,将经过厌氧消化、化学或热处理、长时间堆放等适当处理后的污泥回用于农田,是英国污泥处置的发展方向。
   下面列出欧盟各国采用的污泥处理方法(表3)、世界主要国家污泥产量及其采用的处置方式[6](表4)

表3欧盟各国采用的污泥处理方法

国  家

污泥处理方法所占的比率(%)

浓缩

脱水

厌氧消化

好氧消化

堆肥

石灰法

比利时

53

60

67

22

0

2

丹  麦

-

95

50

40

1

5

法  国

-

-

49

17

0[a]

0

德  国

-

77

64

12

3

0

希  腊

0

0

97

3

0

0

爱尔兰

14

33

19

8

0

0

意大利

75

90

56

44

0

0

卢森堡

-

80

81

0

5

0

荷  兰

-

53

44

35

0

0

西班牙

-

70

65

5

-

26

  注:[a]有17%的污泥用未知方法进行了处理,其中可能包括堆肥。

表4  世界主要国家污泥产量及其采用的处置方式[6]

国家

产量(干污泥)(百万吨/年)

处置方法

土地利用

陆地填埋

焚烧

其他

奥地利

32

13

56

31

0

比利时

7.5

31

56

9

4

丹  麦

13

37

33

28

2

法  国

70

50

50

0

0

德  国

250

25

63

12

0

希  腊

1.5

3

97

0

0

爱尔兰

2.4

28

18

0

54

意大利

80

34

55

11

0

卢森堡

1.5

81

18

0

1

荷  兰

28.2

44

53

3

0

葡萄牙

20

80

13

0

7

西班牙

28

10

50

10

30

瑞  典

18

45

55

0

0

瑞  士

21.5

50

30

20

0

日  本

17.1

9

35

55

1

澳大利亚

-

28.5

33.5

1

37(投海)

  目前世界范围内常用的污泥处置方法有农用、填埋、投海、焚烧等,由前表可知:美国和英国以农用为主,西欧以污泥填埋为主,日本以焚烧为主,而澳大利亚以污泥填埋和投海为主。
   欧盟国家对污泥处置的发展趋势进行综合分析,预计至2005年欧盟各国采用污泥处置方式的比例如下:回收利用占45%,焚烧占38%,填埋占17%。

2.国内污水处理厂污泥处理与处置现状与进展

  在我国,一些中小城市基本上没有建造污水处理设施,即使有污水处理厂的大中城市,其污泥处理设施90%以上不配套。已经建成的污水处理厂中,污泥未经任何处理就直接农用的占70%以上。即使在设有消化池的污水处理厂,消化后的污泥也只是稍加脱水后就直接农用,很难符合污泥农用卫生标准。污泥处置技术比发达国家较落后,大多未经预处理或仅经简单处理后,就直接农用、填埋或送垃圾场处理,甚至有的随意堆放。
2.1国内污水处理厂污泥处理现状、进展与存在的主要问题
2.1.1国内污水处理厂污泥处理现状和进展

   从国内已运行的城市污水处理厂来看,污泥处理工艺包括污泥浓缩、稳定、脱水、最终处置四个主要过程。
   污泥浓缩主要包括重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等,它们的处理性能如表5所示。

表5 几种浓缩方法的比能耗和含固浓度

浓缩方法

污泥类型

浓缩后含水率(%)

比能耗

干固体(kw·h/t)

脱除水

(kw·h/t)
重 力 浓 缩

初 沉 污 泥

90-95

1.75

0.20

重 力 浓 缩

剩余活性污泥

97-98

8.81

0.09

气 浮 浓 缩

剩余活性污泥

95-97

131

2.18

框式离心浓缩

剩余活性污泥

91-92

211

2.29

无孔转鼓离心浓缩

剩余活性污泥

92-95

117

1.23

  从表5可以看出,初沉污泥用重力浓缩法处理最为经济,对于剩余污泥来说,由于剩余污泥有机物含量高,浓缩困难,采用重力浓缩法效果不好,而采用气浮浓缩、离心浓缩则设备复杂、费用高,不适合中国国情。所以,目前国内推行将剩余活性污泥送回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺,试验研究表明这种工艺的初沉池出水水质好于传统工艺[7]。我国污泥重力浓缩方法占71.5%,机械浓缩占21.4%,气浮浓缩占7.1%。由于国内资金短缺,且污泥中有机物含量低,所以重力浓缩仍将是国内今后重要污泥减量手段。
   污泥稳定,国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化,好氧消化和污泥堆肥,并且污泥堆肥正处于不断研究阶段,而热解和化学稳定方法或者是由于技术的原因或者是由于经济、能耗的原因而很少被采用[8]。国内污泥稳定方法所占的比例:无污泥稳定占55.70%,厌氧消化占38.04%,污泥堆肥占3.45%,好氧消化占2.81%。
   污泥脱水,国内现有的污泥脱水措施主要是机械脱水,而干化场由于受到地区、气候条件的限制很少被采用,污泥脱水技术在国内所占的比例为:无污泥脱水占48.65%,滚压、带式脱水占37.84%,干化场占10.81%,压滤脱水占1.35%,真空吸滤脱水占1.35%。
2.1.2国内城市污水污泥处理中存在的问题
   (1)污泥处理率低,工艺不完善
   我国城市污水污泥处理率低,污泥处理工艺是不完善。污泥经过浓缩、消化稳定和干化脱水处理的污水处理厂仅占25.68%,这说明我国70%以上的污水处理厂不具备有完整的污泥处理工艺。不具有污泥稳定处理的污水处理厂占55.70%,不具有污泥干化脱水处理的污水处理厂约占48.65%。
   (2)污泥处理技术设备落后
   当前我国有些正在使用污泥处理技术已是发达国家所摈弃的技术,而且有些污泥处理技术根本不合乎国内的污泥特性,对所采用的技术缺乏必要的调查研究。污泥处理设备也比较落后,性能差、效率低、能耗高、专用设备少,未能形成标准化和系列化,限制了我国污泥处理技术的提高和发展。
   (3)污泥处理管理水平低
   很多已建成的污泥处理设施不能正常运行,除技术水平外,管理水平也是重要因素,大部分污水处理厂的管理人员和操作人员缺乏管理经验,不能有效地组织生产,加上技术人员少,各个专业不配套,所以有的污泥处理系统只好长期闲置。
   (4)污泥处理设计水平低
   在污泥处理方面,我国缺乏实践经验和设计经验,尤其是污泥处理系统的整体水平还比较低。从已建成的污水处理厂的污泥处理装置看,运行工况不佳,不能保证长期运行,很多厂的装置建成后,又进行较大的技术改造,造成人力和财力的极大浪费。
   (5)污泥处理投资低
   国内污泥处理投资只占污水处理厂总投资的20%-50%,而发达国家污泥处理投资要占总投资的50%-70%。
2.2国内污水处理厂污泥处置现状与分析
   我国第一座污水处理厂天津纪庄子污水处理厂建成投产后,污泥即由附近郊区农民用于农田,其后北京高碑店等污水处理厂的污泥也均用于农田。随着城市污水污泥产量和污水处理厂的逐渐增多,目前我国已开始将污水处理厂污泥用于土地填埋和城市绿化,并将污泥作基质,制作复合肥用于农业等。但在国内,总的状况还是以污泥土地利用的形式为主,将污泥用于农业。可由于国内在污泥管理方面对污泥所含病原菌、重金属和有毒有机物等理化指标及臭气等感官指标控制的重视程度还不够高,因此限制了对污泥的进一步处置利用,目前污泥处置技术在国内所占的比例如下:农业利用占44.83%,土地填埋占31.03%,无污泥处置占13.79%,绿化占3.45%,焚烧占3.45%,与垃圾混合填埋占3.45%。
   国内的污泥处置存在严重问题,有13.79%的污泥没有任何处置,这将对环境带来巨大危害。污泥散发的臭气污染严重,病原菌对人类健康产生潜在威胁,重金属和有毒有害有机物污染地表和地下水系统。造成这种现象的原因可以归纳如下:由于国内污泥处理处置的起步较晚,许多城市没有将污泥处置场所纳入城市总体规划,造成很多污水处理厂难以找到合适的污泥处置方法和污泥弃置场所;我国污泥利用的基础薄弱,人们对污泥利用的认识存在严重不足,对污泥的最终处置问题缺乏关注,给一些有害污泥的最终处置留下了隐患;污泥利用率不是很高,仍有一部分的污水处理厂污泥只经储存即由环卫部门外运市郊直接堆放。污泥的随意堆放很容易产生二次污染,并造成污泥资源的浪费。因此我国当前面临的问题是应尽快发展污泥处置技术来解决不断增长的污水污泥。

3.国内外污泥处理与处置的评价

3.1污泥在农业上的应用
   污泥中含有机质和植物生长所需要的各种微量元素,典型的污水处理厂污泥中含有氮4%,磷2.5%和钾0.5%左右(以重量计)。因此污泥作为农肥用于农作物或园林既可改善土壤结构,又能为作物提供养分。但污泥中含有一定量的重金属元素和病毒、病原菌、寄生虫卵等有害物质,重金属含量较高的污泥施于农田,会对植物和动物,并通过食物链与生物链的传递而对人类产生毒害作用[9.10]
3.2污泥填埋
   由于污泥填埋方法简单,费用低廉,因此在有些国家填埋是一种主要的处置方式。但填埋一方面侵占大量土地,另一方面由于污泥含有一定的有毒物质,填埋不当有可能由于沥滤液的浸出而污染地下水。为此,在选择填埋场地时,要综合考虑水文地质条件、土壤条件、交通条件以及对人群可能产生的影响,并与土地规划相结合。
3.3污泥投海
   利用海洋的自净能力,投海处理污泥一直被许多国家所采用。但由于这一处置方式对海洋生态、环境卫生及水体污染所造成的严重后果,美国、日本、欧洲共同体委员会国家及组织对污泥投海均作了严格的规定,该方法已于1998年12月30日终止使用。
3.4污泥焚烧
   污泥焚烧可以迅速将污泥氧化并释放出一定的能量。但由于焚烧过程能耗高,消耗大量能源,运行成本高。例如[2]:日本以焚烧处理污泥为主(占72%),每年耗重油达3.9×105m3。同时污泥焚烧会产生大量废气容易造成二次污染。
   此外,从污泥综合利用角度出发,人们还进行污泥制动物饲料、污泥热解产油、污泥制水泥质材料、污泥改性制活性炭等尝试。但其经济性、安全性、实用性尚待深入研究。
   综合所述,城市污水污泥的处置途径包括土地利用、卫生填埋、焚烧处理和水体消纳等方法,这些方法都能够容纳大量的城市污水污泥,但因国家不同而应用情况有所不同。我国作为发展中国家,经济发展水平还不够高,污泥成分也不完全和国外相同,因此必须寻找适合国情的处理方法。我国是一个农业大国,但土地资源严重不足,世界上没有哪个国家遭遇的环境问题、土地资源问题、人口问题有中国那么严重,那么负担沉重,压力巨大。因此可以说,世界上没有哪个国家对肥料的需求像中国这样迫切,这就决定了我国必须认真考虑污泥的农用资源化问题。在安全、可靠、避免二次污染的前提下将污泥农用,既消除城市污染,又能促进农业的发展。因此污泥农用是符合我国国情的处置方法。

参考文献

[1] 深掘政喜:污泥处理.课题与展望.再生与利用:18(67),66-69,1995
[2] 李国鼎,金琦,杨基宏等:固体废物处理与资源化,清华大学出版社,120-158,1990
[3] U.SEPS:Biosolids Generation,Use,and Disposal in the United States.September 1999
[4] 赵亚乾,R.D.Davis:英国污泥处置现状及其发展概述.给水排水,24(9),25-29,1998
[5] R.D.Davis, J.E.Hall:Production,Treatoment and Disposal of Wastewater Sludge in Europe from a UK Perspectire,European Water Pollution Control,7(2),67-71,1997
[6] 张建频:上海市城市污泥处理与处置方法探讨,中国土木工程学会排水委员会,3,82-83,2003
[7] 丁亚兰:国内外废水处理工程工程设计实例,北京:化学工业出版社,43,2000
[8] 王凯军,贾立敏:城市污水生物处理新技术开发与应用,北京:化学工业出版社,484,2001
[9] P.Flyhammar:Estimation of Heaby Metal Transformations in Munisipal Solid Waste,Sci.Total Environ,198(2),123-133,1997
[10] Liang Qiao:The Effects of Clay Amendment and Composting on Metal Speciation in Digested Sludge,Water Res..,31(s),951-964,1997

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分 值:100分 85分 70分 55分 40分 25分 10分 0分

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