
近些年来,随着我国经济发展和城市化进程的加快,我国的城市排水和污水处理基础设施建设取得了很大的进步,污水处理厂的数量从1977年的35座增加到2004年的667座,污水处理能力从过去的每天处理污水100多万吨增长到2004年的每天处理污水近3000万吨。
剩余污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃物,是污水处理厂的必然产物,含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等;常常伴有恶臭气体,且数量巨大,增长迅速,是亟待解决的城市废弃物。大量的污水处理厂不断建成并投入使用,随之而来的污泥量越来越大。一般而言,污泥量占污水量的0.3%~0.5%,占污水处理量的1%~2%;如果属于深度处理,污泥量会增加0.5~1倍,污水处理效率的提高必然导致污泥数量的增加。据2004年我国城市污水处理能力的统计,每天将产生约7000吨的污泥饼。剩余污泥所引发的环境问题备受环境界和相关政府部门关注,其处置问题已经被提到议事日程。2008年, 环境保护部组织有关专家起草了《城镇污水处理厂污泥处理处置技术政策(试行)》(征求意见稿),提出应按照“减量化、稳定化、无害化”原则对污泥进行处理和处置。因此,了解国内外污泥处置与利用现状,对寻找合理的污泥处理、处置方式,并充分利用污泥中的资源,使之达到减量化、稳定化、无害化和资源化具有重要的现实意义。
1 国外污泥处置与利用现状
国外的城市污泥处置与利用已有100余年的历史。无论是进行有效利用还是进行填埋、焚烧等处置,其目的与其它废弃物的处理一样,皆是以减量化、稳定化、无害化和资源化为原则的。
西方发达 由于工业化进程较早,经济实力雄厚,因此污水处理技术 ,处理程度高。随着城市人口的增加、市政服务设施的不断完善、污水处理技术的不断提高,欧美等发达 的污泥量每年以5%~10%的速度增长。例如,从1972年美国政府颁布水净化条例以后,美国只经过一级处理的污水流量减少,经过二级或更 处理的污水流量迅速增加,致使污泥产量增加;1998年全美干污泥产量为6.9×106t,根据这个趋势,预计到2010年将达到8.2×106t。
为了避免污水处理厂污泥对环境产生二次污染,各国政府和研究机构对污泥的处置问题十分重视,并根据各国的国情制定出污泥处置的法规和具体方案。目前,污泥处置与利用的方式主要有填埋、焚烧、土地利用,但由于各国国情不同,选择的方法各有侧重。
农用和陆地填埋是大多数 污泥处置的主要方法。农用和陆地填埋方案的选择很大程度上取决于各国政府相关的法律、法规和污染源控制状况,同时也与 的大小和农业发展情况有关。近年来,随着污泥农用标准(特别是合成有机物和重金属)的逐渐提高,许多 如德国、意大利、西班牙等,污泥农用的比例不断降低,而污泥填埋的比例呈增加趋势。但也有一些 如美国、英国、卢森堡等,污泥农用的比例呈增加趋势,填埋呈减少趋势。
近10年来, 各国污泥处理利用涌现出了许多新技术,例如污泥热化学液化处理使之转化为燃料油;低温热化学过程将污泥转化为燃料;利用污泥制砖、制陶瓷等用作建筑材料;日本、新加坡都在研究污泥焚烧后残渣经1300℃的高温熔铸成石块堆砌的处置方法;美国新泽西州尝试用污泥压制成粒,销售给农业和化肥工业。
为了更详细地了解国外城市污泥的处置与利用状况,下面就美国、日本、英国、欧盟等情况作进一步介绍。以美国为例,Biocycle杂质调查显示,2000年美国大部分污泥被有效利用,21个州50%以上的污泥被循环利用,4个州50%以上的污泥被填埋,5个州50%以上的污泥被焚烧。调查的40个州中,有5个州没有污泥陆地填埋处置,17个州没有污泥焚烧处置。由此表明: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。
日本在污泥处置与利用方面的特点是填埋及土地利用所占的比例小,焚烧所占比例高。这主要是因为日本人口密度较高、多山地,日本政府十分重视境内地表植被保护,对城市建设用地有严格的控制。
英国对污泥处置的主要方法是农用(约占55%),其次为污泥排海(约占30%)。目前英国用于填埋所占比例较小,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、长时间堆放等处理后的污泥回用于农田,是英国污泥处置的发展方向。
欧盟 对污泥处置的发展趋势进行综合分析,考虑到可使用土地面积、处理成本、越来越严格的环境标准、资源回收政策的普及以及未来10~20年间污泥性质的巨大变化等因素,2005年欧盟各国采用污泥处置方式的比例为:回收利用占45%,焚烧占38%,填埋占17%。
2 国内污泥处置与利用现状
我国自1961年北京高碑店污水处理厂的污泥大多被当地的农民施用于土地后,其后的天津纪庄子污水处理厂的污泥也均用于农田。随着城市污水处理厂和污水污泥产量的逐渐增多,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,并将污泥作为基质,制作复合肥用于农业。由于我国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,因此限制了对污泥的进一步处置利用。
我国污泥农用约占13.51%,综合利用约占5.41%,陆地填埋约占63.06%,露天堆放约占1.80%,外运约占14.42%,焚烧约占1.80%。其中,卫生填埋仍是污泥处置的主要途径。经济发展快、具有活力的上海,其污水处理厂的污泥处置方法是经适当浓缩后运至市郊或邻近省份的农村作农肥。我国是一个发展中的 ,又是一个农业大国,相对其它污泥处置方式而言,城市污泥的土地利用和污泥农用更符合我国国情。但是,我国既没有系统、科学的管理方法,也没有配套的污泥标准体系,故污泥土地利用和农用的安全性正在受到质疑。
目前,我国有关污泥焚烧工艺的研究大多集中在燃烧时重金属和一些有毒有害气体的去除效果方面,而有关污泥焚烧工艺操作条件对处理效果的影响以及操作条件的优化方面(缺乏确切的数学模型)尚未见有系统的研究报道。浙江大学热能所在用异重流化床燃用洗煤泥的基础上,从1992年起就在国内首先系统开展了污泥流化床焚烧技术的研究,并已取得很大成功。奉华在2001年 对北京地区的城市市政污泥的焚烧处理进行了研究。他以高碑店污水厂的污泥为主要研究对象分析了污泥的成分特点和燃烧特性,并在预防二次污染方面,通过分析重金属元素在污泥中的存在形式及对污泥焚烧前后重金属含量的变化进行检测,研究了重金属在焚烧过程中的迁移特性,并提出污泥灰渣处理的建议。
综上所述,从经济的发展、资源的开发利用、城市生态环境的保护等方面来看,城市污泥处置的理想出路应该是资源化利用,加强城市污泥资源化利用的研究与实践,解决污泥处置中的难题,避免城市生态环境污染,节约处置费用,变废为宝,使之具有良好的生态效益、环境效益、经济效益和社会效益,是城市可持续发展的必然要求和发展趋势。我国在这方面也做了一定的努力。南开大学陈春云等对干污泥及其改性物对染料的吸附研究表明,以城市污水处理厂剩余活性污泥为原料,制取干污泥、热解污泥和改性污泥作为吸附剂,对直接深棕M和酸性媒介棕RH等染料进行了吸附实验;研究表明:活性污泥经过改性后能够提高对所研究的染料的吸附能力。李军等利用高温突跃法处理城市污泥,从中可快速制得可燃气体,其主要成分是CO,产物气体可以直接点火燃烧,火焰温度高达800℃左右;处理后的污泥达到了无害化、无臭化和能源化。刘莲香研究了利用污水处理厂污泥生产陶粒的方法,为今后污泥的综合应用开辟了一条新途径,杜绝了二次污染。
3 污泥处理处置发展趋势
目前,国内外许多研究者正在从事污泥处置与利用技术的理论和实际应用的工作。为了解决好污泥问题, 各国对污泥的处置与利用进行了较好的规划。为了保障污泥处置按照规划目标稳步推进,一些 制定了相应的管理措施,发达 具体措施如下:
(1)在相关法规制定中,对于污泥污染控制设备和管理方式制定了严格的标准,如欧洲各国、美国以及日本等。
(2)建立特殊的污泥管理基金,用于资助那些主动收集利用污泥的工厂建设和设备更新。
(3)在 污泥管理政策中制定灵活、积极的税收政策和经济手段。针对污泥产生、回收、利用系统中的制造者、收集者、处理者、回收利用者、污泥产品的购买者,采用不同的税收方式和经济政策以建立一个有利的市场和环境。
(4) 和各级地方政府,都有制定相应的污泥管理计划的责任和义务。 统筹规划,各级地方政府主要关注当地的实际情况。
(5)加强在公众中间的宣传教育,以获得人们的理解和支持,有助于污泥产品的推广和使用,并使得公众自觉地加入到污泥治理的行列中来。
污泥的处置方式主要有:土地利用、填埋、焚烧、污泥农用以及综合利用等,各个 根据自身国情采用相应的处置方式。污泥海洋投弃处置已经被禁止,目前污泥绿地、土地利用和污泥填埋仍是大多数 处置污泥的主要方式;少数 如日本由于人口众多,土地资源紧张,焚烧方式占有主要地位。由于认识到污泥填埋并不能避免环境污染,而只是延缓环境污染,利用填埋方式处置污泥有逐渐减少的趋势。如美国在许多地区已经开始禁止污泥土地填埋。
土地利用和污泥农用是城市污水污泥处置中的一种经济有效的出路,欧洲各国的污水污泥土地投放率在10%~80%,平均为45%。国内也对污水污泥的土地利用和污泥农用也进行了初步的研究和尝试。一般的污泥处理法如堆肥、好氧和厌氧消化只能降解部分有机污染物,杀死有害病原体,并不能去除污泥中的重金属污染物,所以在污水污泥的农业利用中必须关注重金属污染,以防止其形成二次污染。许多研究表明,施用污泥可不同程度地增加土壤和植物可食部分重金属含量,且与污泥施用量呈一定的线性关系,进而通过食物链危害人和生物健康。因此,凡是进行污泥土地利用和污泥农用的 莫不对重金属可能造成的危害极为关注。
4 结语
城市污泥中既含有有用物质又包含有害成分,不能将其随意堆放,必须进行妥善的处理和处置,避免产生二次污染。其处理和处置技术应满足废弃物的无害化、减量化、稳定化和回收利用原则。将城市污水污泥作为一种资源加以充分利用是较好的处理处置方法。
城市污泥的处置途径包括土地利用、卫生填埋、污泥农用、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泥,但因各国国情不同,选择的方法各有侧重。我国是一个农业大国,其广阔的土地资源是发展污泥土地利用的天然优势。在安全、可靠、避免二次污染的前提下将污泥农用和土地利用,既消除城市污染,又能促进农业的发展。因此,在充分考虑安全性的前提下可优先将污泥土地利用和污泥农用,这样既合理利用了污泥,又促进了农业的发展,使污泥资源化。