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污泥處理的目就是減量化、穩定化、無害化、資源化,要達到這一目的,必通過各種機械和處理構筑物的結合,組成污泥處理、處置系統。污泥處理、處置的基本步驟為:濃縮、脫水、干燥、焚燒等。 1.國外污水處理廠污泥處理與處置現狀及進展
通常情況下國外的城市污泥處理系統工藝流程一般有下列四類:
(1) 原污泥→濃縮→脫水→處置脫水濾餅
(2) 原污泥→濃縮→脫水→焚燒→處置灰分
(3) 原污泥→濃縮→消化→脫水→處置脫水濾餅
(4) 原污泥→濃縮→消化→脫水→焚燒→處置灰分
根據日本對318個污水處理廠的統計[1.2],污泥處理方式(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%。
在污泥處理過程中,影響污泥性質穩定的是污泥中的有機物量,這些有機物含大量不穩定的腐殖質組分,極不穩定,在短時間內就會散發難聞的氣味,因此需要進行穩定化處理,zui終的脫水泥餅或者焚燒后的殘渣還需要進一步處置。城市污水處理廠產生的污泥量與每個國家、每個地區污水處理負荷、處理方法以及污水組成等有關。
據美國環保署估計,自從1972年政府頒布水凈化條例以來,污泥量逐年快速的增加,2010年將達到820萬噸。下表1是1998年以后美國污泥產量和處理狀況及預測[3]。
表1 美國污泥產量及其預測[3]
年 份 | 1998 | 2000 | 2005 | 2010 | |
有利利用 (百萬噸) (干污泥) | 土地利用 | 2.8 | 3.1 | 3.4 | 3.9 |
*處理 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | |
其他有益利用 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | |
小 計 | 4.1 | 4.5 | 5.0 | 5.7 | |
處置 (百萬噸) (干污泥) | 地表處置/陸地填埋 | 1.2 | 0.9 | 0.9 | 0.9 |
焚燒 | 1.5 | 1.6 | 1.6 | 1.5 | |
其它 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
小計 | 2.8 | 2.6 | 2.6 | 2.5 | |
總計(百萬噸) | 6.9 | 7.1 | 7.6 | 8.2 |
在英國,根據資料[4.5],污水處理產生的污泥年產量為110.7萬噸干污泥,表2列出了英國污水污泥的處理方法及處理量。
表2 英國污水污泥處理方法及處理量[4.5]
處理方法 | 處理量(萬噸/年) | 百分比(%) |
厭氧處理 | 60.3 | 54.5 |
好氧處理 | 2.1 | 1.9 |
石灰處理 | 1.4 | 1.3 |
堆 肥 | 0.6 | 0.5 |
方法不明 | 1.7 | 1.5 |
未經處理 | 44.6 | 40.3 |
據資料[4.5]統計,英國污泥zui終處置的主要方法是農用(46.6%),其次為污泥排海(33.5%)。隨著環境問題的日益嚴重,歐共體在協定中規定污水污泥排海的zui后期限為1998年12月31日,這意味著英國將有30%的污泥轉向陸地處置。目前英國42%的污泥厭氧消化后回用于農田,填埋所占的比例較小,只占污泥處理量的8%,從長遠的觀點來看,將經過厭氧消化、化學或熱處理、長時間堆放等適當處理后的污泥回用于農田,是英國污泥處置的發展方向。
下面列出歐盟各國采用的污泥處理方法(表3)、世界主要國家污泥產量及其采用的處置方式[6](表4)
表3歐盟各國采用的污泥處理方法
國 家 | 污泥處理方法所占的比率(%) | |||||
濃縮 | 脫水 | 厭氧消化 | 好氧消化 | 堆肥 | 石灰法 | |
比利時 | 53 | 60 | 67 | 22 | 0 | 2 |
丹 麥 | - | 95 | 50 | 40 | 1 | 5 |
法 國 | - | - | 49 | 17 | 0[a] | 0 |
德 國 | - | 77 | 64 | 12 | 3 | 0 |
希 臘 | 0 | 0 | 97 | 3 | 0 | 0 |
愛爾蘭 | 14 | 33 | 19 | 8 | 0 | 0 |
意大利 | 75 | 90 | 56 | 44 | 0 | 0 |
盧森堡 | - | 80 | 81 | 0 | 5 | 0 |
荷 蘭 | - | 53 | 44 | 35 | 0 | 0 |
西班牙 | - | 70 | 65 | 5 | - | 26 |
注:[a]有17%的污泥用未知方法進行了處理,其中可能包括堆肥。
表4 世界主要國家污泥產量及其采用的處置方式[6]
國家 | 產量(干污泥)(百萬噸/年) | 處置方法 | |||
土地利用 | 陸地填埋 | 焚燒 | 其他 | ||
奧地利 | 32 | 13 | 56 | 31 | 0 |
比利時 | 7.5 | 31 | 56 | 9 | 4 |
丹 麥 | 13 | 37 | 33 | 28 | 2 |
法 國 | 70 | 50 | 50 | 0 | 0 |
德 國 | 250 | 25 | 63 | 12 | 0 |
希 臘 | 1.5 | 3 | 97 | 0 | 0 |
愛爾蘭 | 2.4 | 28 | 18 | 0 | 54 |
意大利 | 80 | 34 | 55 | 11 | 0 |
盧森堡 | 1.5 | 81 | 18 | 0 | 1 |
荷 蘭 | 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 |
澳大利亞 | - | 28.5 | 33.5 | 1 | 37(投海) |
目前世界范圍內常用的污泥處置方法有農用、填埋、投海、焚燒等,由前表可知:美國和英國以農用為主,西歐以污泥填埋為主,日本以焚燒為主,而澳大利亞以污泥填埋和投海為主。
歐盟國家對污泥處置的發展趨勢進行綜合分析,預計至2005年歐盟各國采用污泥處置方式的比例如下:回收利用占45%,焚燒占38%,填埋占17%。
2.國內污水處理廠污泥處理與處置現狀與進展
在我國,一些中小城市基本上沒有建造污水處理設施,即使有污水處理廠的大中城市,其污泥處理設施90%以上不配套。已經建成的污水處理廠中,污泥未經任何處理就直接農用的占70%以上。即使在設有消化池的污水處理廠,消化后的污泥也只是稍加脫水后就直接農用,很難符合污泥農用衛生標準。污泥處置技術比發達國家較落后,大多未經預處理或僅經簡單處理后,就直接農用、填埋或送垃圾場處理,甚至有的隨意堆放。
2.1國內污水處理廠污泥處理現狀、進展與存在的主要問題
2.1.1國內污水處理廠污泥處理現狀和進展
從國內已運行的城市污水處理廠來看,污泥處理工藝包括污泥濃縮、穩定、脫水、zui終處置四個主要過程。
污泥濃縮主要包括重力濃縮法、氣浮濃縮法、離心濃縮法等,它們的處理性能如表5所示。
表5 幾種濃縮方法的比能耗和含固濃度
濃縮方法 | 污泥類型 | 濃縮后含水率(%) | 比能耗 | |
干固體(kw·h/t) | 脫除水 (kw·h/t) | |||
重 力 濃 縮 | 初 沉 污 泥 | 90-95 | 1.75 | 0.20 |
重 力 濃 縮 | 剩余活性污泥 | 97-98 | 8.81 | 0.09 |
氣 浮 濃 縮 | 剩余活性污泥 | 95-97 | 131 | 2.18 |
框式離心濃縮 | 剩余活性污泥 | 91-92 | 211 | 2.29 |
無孔轉鼓離心濃縮 | 剩余活性污泥 | 92-95 | 117 | 1.23 |
從表5可以看出,初沉污泥用重力濃縮法處理zui為經濟,對于剩余污泥來說,由于剩余污泥有機物含量高,濃縮困難,采用重力濃縮法效果不好,而采用氣浮濃縮、離心濃縮則設備復雜、費用高,不適合中國國情。所以,目前國內推行將剩余活性污泥送回初沉池與初沉污泥共同沉淀的重力濃縮工藝,試驗研究表明這種工藝的初沉池出水水質好于傳統工藝[7]。我國污泥重力濃縮方法占71.5%,機械濃縮占21.4%,氣浮濃縮占7.1%。由于國內資金短缺,且污泥中有機物含量低,所以重力濃縮仍將是國內今后重要污泥減量手段。
污泥穩定,國內目前常用的污泥穩定方法是厭氧消化,好氧消化和污泥堆肥,并且污泥堆肥正處于不斷研究階段,而熱解和化學穩定方法或者是由于技術的原因或者是由于經濟、能耗的原因而很少被采用[8]。國內污泥穩定方法所占的比例:無污泥穩定占55.70%,厭氧消化占38.04%,污泥堆肥占3.45%,好氧消化占2.81%。
污泥脫水,國內現有的污泥脫水措施主要是機械脫水,而干化場由于受到地區、氣候條件的限制很少被采用,污泥脫水技術在國內所占的比例為:無污泥脫水占48.65%,滾壓、帶式脫水占37.84%,干化場占10.81%,壓濾脫水占1.35%,真空吸濾脫水占1.35%。
2.1.2國內城市污水污泥處理中存在的問題
(1)污泥處理率低,工藝不完善
我國城市污水污泥處理率低,污泥處理工藝是不完善。污泥經過濃縮、消化穩定和干化脫水處理的污水處理廠僅占25.68%,這說明我國70%以上的污水處理廠不具備有完整的污泥處理工藝。不具有污泥穩定處理的污水處理廠占55.70%,不具有污泥干化脫水處理的污水處理廠約占48.65%。
(2)污泥處理技術設備落后
當前我國有些正在使用污泥處理技術已是發達國家所擯棄的技術,而且有些污泥處理技術根本不合乎國內的污泥特性,對所采用的技術缺乏必要的調查研究。污泥處理設備也比較落后,性能差、效率低、能耗高、設備少,未能形成標準化和系列化,限制了我國污泥處理技術的提高和發展。
(3)污泥處理管理水平低
很多已建成的污泥處理設施不能正常運行,除技術水平外,管理水平也是重要因素,大部分污水處理廠的管理人員和操作人員缺乏管理經驗,不能有效地組織生產,加上技術人員少,各個專業不配套,所以有的污泥處理系統只好長期閑置。
(4)污泥處理設計水平低
在污泥處理方面,我國缺乏實踐經驗和設計經驗,尤其是污泥處理系統的整體水平還比較低。從已建成的污水處理廠的污泥處理裝置看,運行工況不佳,不能保證長期運行,很多廠的裝置建成后,又進行較大的技術改造,造成人力和財力的極大浪費。
(5)污泥處理投資低
國內污泥處理投資只占污水處理廠總投資的20%-50%,而發達國家污泥處理投資要占總投資的50%-70%。
2.2國內污水處理廠污泥處置現狀與分析
我國*座污水處理廠天津紀莊子污水處理廠建成投產后,污泥即由附近郊區農民用于農田,其后北京高碑店等污水處理廠的污泥也均用于農田。隨著城市污水污泥產量和污水處理廠的逐漸增多,目前我國已開始將污水處理廠污泥用于土地填埋和城市綠化,并將污泥作基質,制作復合肥用于農業等。但在國內,總的狀況還是以污泥土地利用的形式為主,將污泥用于農業。可由于國內在污泥管理方面對污泥所含病原菌、重金屬和有毒有機物等理化指標及臭氣等感官指標控制的重視程度還不夠高,因此限制了對污泥的進一步處置利用,目前污泥處置技術在國內所占的比例如下:農業利用占44.83%,土地填埋占31.03%,無污泥處置占13.79%,綠化占3.45%,焚燒占3.45%,與垃圾混合填埋占3.45%。
國內的污泥處置存在嚴重問題,有13.79%的污泥沒有任何處置,這將對環境帶來巨大危害。污泥散發的臭氣污染嚴重,病原菌對人類健康產生潛在威脅,重金屬和有毒有害有機物污染地表和地下水系統。造成這種現象的原因可以歸納如下:由于國內污泥處理處置的起步較晚,許多城市沒有將污泥處置場所納入城市總體規劃,造成很多污水處理廠難以找到合適的污泥處置方法和污泥棄置場所;我國污泥利用的基礎薄弱,人們對污泥利用的認識存在嚴重不足,對污泥的zui終處置問題缺乏關注,給一些有害污泥的zui終處置留下了隱患;污泥利用率不是很高,仍有一部分的污水處理廠污泥只經儲存即由環衛部門外運市郊直接堆放。污泥的隨意堆放很容易產生二次污染,并造成污泥資源的浪費。因此我國當前面臨的問題是應盡快發展污泥處置技術來解決不斷增長的污水污泥。
3.國內外污泥處理與處置的評價
3.1污泥在農業上的應用
污泥中含有機質和植物生長所需要的各種微量元素,典型的污水處理廠污泥中含有氮4%,磷2.5%和鉀0.5%左右(以重量計)。因此污泥作為農肥用于農作物或園林既可改善土壤結構,又能為作物提供養分。但污泥中含有一定量的重金屬元素和病毒、病原菌、寄生蟲卵等有害物質,重金屬含量較高的污泥施于農田,會對植物和動物,并通過食物鏈與生物鏈的傳遞而對人類產生毒害作用[9.10]。
3.2污泥填埋
由于污泥填埋方法簡單,費用低廉,因此在有些國家填埋是一種主要的處置方式。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質,填埋不當有可能由于瀝濾液的浸出而污染地下水。為此,在選擇填埋場地時,要綜合考慮水文地質條件、土壤條件、交通條件以及對人群可能產生的影響,并與土地規劃相結合。
3.3污泥投海
利用海洋的自凈能力,投海處理污泥一直被許多國家所采用。但由于這一處置方式對海洋生態、環境衛生及水體污染所造成的嚴重后果,美國、日本、歐洲共同體委員會國家及組織對污泥投海均作了嚴格的規定,該方法已于1998年12月30日終止使用。
3.4污泥焚燒
污泥焚燒可以迅速將污泥氧化并釋放出一定的能量。但由于焚燒過程能耗高,消耗大量能源,運行成本高。例如[2]:日本以焚燒處理污泥為主(占72%),每年耗重油達3.9×105m3。同時污泥焚燒會產生大量廢氣容易造成二次污染。
此外,從污泥綜合利用角度出發,人們還進行污泥制動物飼料、污泥熱解產油、污泥制水泥質材料、污泥改性制活性炭等嘗試。但其經濟性、安全性、實用性尚待深入研究。
綜合所述,城市污水污泥的處置途徑包括土地利用、衛生填埋、焚燒處理和水體消納等方法,這些方法都能夠容納大量的城市污水污泥,但因國家不同而應用情況有所不同。我國作為發展中國家,經濟發展水平還不夠高,污泥成分也不*和國外相同,因此必須尋找適合國情的處理方法。我國是一個農業大國,但土地資源嚴重不足,世界上沒有哪個國家遭遇的環境問題、土地資源問題、人口問題有中國那么嚴重,那么負擔沉重,壓力巨大。因此可以說,世界上沒有哪個國家對肥料的需求像中國這樣迫切,這就決定了我國必須認真考慮污泥的農用資源化問題。在安全、可靠、避免二次污染的前提下將污泥農用,既消除城市污染,又能促進農業的發展。因此污泥農用是符合我國國情的處置方法。
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