第4节污泥处置工程

随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断增长。据2005年报道，全国已建成运转的城市污水处理厂约427余座，年处理能力为113.6亿立方米。根据有关预测，我国城市污水量在未来二十年还会有较大增长，2010年污水排放量将达到440×108m3／d；2020年污水排放量达到536×108m3／d。一、国内外污水处理厂污泥产生、处理及处置分析1.国内外污泥产生量污泥是污水处理后的附属品、是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥量通常占污水量的0.3%～0.5%（体积）或者约为污水处理量的1%～2%（质量），如果属于深度处理，污泥量会增加0.5～1倍。目前我国污水处理量和处理率虽然不高（4.5%），但城市污水处理厂每年排放干污泥大约30万吨，而且还以每年大约10%的速度增长。西方发达国家由于工业化进程早，经济实力雄厚，所以污水处理技术先进，处理程度较高。从1875年英国伦敦建立世界第一个污水处理厂以来，污泥处理问题便成为市政管理的重要问题之一。影响污泥产生的因素来自多方面，污水、污泥处理技术的应用和改善以及人口增长是导致污泥质和量同步增加的主要因素，另外一些环境政策的实施，如禁止污泥陆地填埋、对填埋容量的关注、执行填埋法令后封闭填埋场、禁止填埋场填埋庭院垃圾等政策,以及污泥处置费用高昂、污泥产品市场需求等地方经济发展要求也促进了污泥利用的增加。欧、美等发达国家的污泥产量每年大约以5%～10%的速度增长。美国各州以及联邦法令，尤其是503污泥法令自1991年的实施已经部分地鼓励了污泥的循环利用。据美国环保署估计，1998年全美干污泥产量为6.9百万吨。随着人口水平的持续增加，污泥的产量还会增加，1986～1996年期间，美国只经过1级处理的污水流量减少了4％，而经过二级或更高级处理的污水流量增加了2％。假设这种趋势发展下去，根据市政所能提供污水处理服务人口的增长和污水二次处理以及污泥产量的轻微改变进行预测，从1998年到2010年，污泥产量将增加19％。1990年欧洲干污泥产量为11.07百万吨，到1999年干污泥产量达17.46百万吨。到2005年，一些国家污泥产量几乎增加300％。污泥管理将是一个严峻挑战，选择处理处置方法也将会具有更大的经济和环境内涵。由于城市污水处理要求的日益严格，欧洲城市污泥产量预计将增加50％。到2005年，欧洲15个成员国干污泥产量由1992年的660万吨上升到至少940万吨。污泥焚烧比例达到总产量的25％，比目前增加大约300％；填埋数量比目前下降24％。2.1污泥有机养分及其土地利用的有效性污泥中含有大量的N、P、K、Ca及有机质，而且N、P以有机态为主，同时污泥中还有许多植物所必须的微量元素，可以缓慢释放，具有长效性。因此，污泥是有用的生物资源，是很好的土壤改良剂和肥料。对我国沈阳、杭州、北京、广州、天津、香港、深圳、太原、无锡、常州、昆明等城市21个污水处理厂污泥营养成分作的调查统计结果是,我国污泥的有机质平均含量为37.18％、总氮、总磷、总钾平均含量分别为3.03％、1.52％、0.69％，均超过国家堆肥需要的养分标准，所以污泥是很好的有机肥源。2.污泥对环境的影响2.2污泥对环境的污染尽管污泥含有丰富的养分，但是也含有大量病原菌、寄生虫（卵），铜、锌、铬、汞等重金属、盐类以及多氯联苯、二噁英、放射性核素等难降解的有毒有害物。这些物质对环境和人类以及动物健康有可能造成较大的危害。2.2.1污泥盐分污染污泥含盐量较高，会明显提高土壤电导率，破坏植物养分平衡、抑制植物对养分的吸收，甚至对植物根系造成直接的伤害，而且离子间的拮抗作用会加速有效养分的淋失。2.2.2病原微生物污水中的病原体经过处理还会进入污泥。新鲜污泥中检测得到的病原体多达千种，其中危害较大的是寄生虫。污泥中病原体对人类或动物的污染途径大致有4条：①直接与污泥接触；②通过食物链与污泥直接接触而感染；③水源被病原体污染；④病原体首先污染了土壤，然后污染水体。污泥农用引起的潜在疾病的流行，被认为主要与沙门氏菌和绦虫卵有关。2.2.3氮磷等养分的污染在降雨量较大地区的土质疏松土地上大量施用富含N、P等的污泥之后，当有机物分解速度大于植物对N、P的吸收速度时，N、P等养分就有可能随水流失而进入地表水体造成水体的富营养化，进入地下引起地下水的污染。所以N、P等养分迁移对环境影响是一个需长期监测研究的工作。2.2.4有机物高聚物污染城市污泥中主要的有苯、氯酚等。一些国家对农用城市污泥中有机污染物的特征及其在农业环境中的行为、生态效应和调控措施等方面进行了一定的研究。西方发达国家对污泥中有机污染物的浓度进行了一定的限制，我国还未能制订出较完善的城市污泥有机污染物限制标准。2.2.5重金属污染在污水处理过程中，70％～90％的重金属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥中。一些重金属元素主要来源于工业排放的废水如镉、铬；一些重金属来源于家庭生活的管道系统如铜、锌等重金属。重金属是限制污泥大规模土地利用的重要因素，因为污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层。另外重金属一般溶解度很小，性质较稳定、难去除，所以其潜在毒性易于在作物和动物以及人类中积累。我国北京、天津、上海等44个城市污水处理厂污泥中重金属含量统计结果表单位：mg／kgCdCuPbZnCrNiHgAs平均值3.03338.98164.09789.82261.1587.805.1144.52最大值24.13068.42400.04205.01411.8467.646.0560.0最小值0.10.24.130.953.71.10.120.19中值1.67179.0104.12944.0101.740.851.914.6中国污泥标准(GB4284)5/20250/500300/1000500/1000600/1000100/2005/1575/75结果说明：我国城市重金属污染主要以Zn和Cu为主，其他重金属含量较低。我国城市大量使用镀锌管道是生活污水污泥中Zn含量较高的原因之一。一些城市的生活污水与工业污水混合处理，导致铬Cr（皮革业污水），镉Cd（电镀污水），Pb（冶炼污水），Hg（塑料行业污水）的含量较高。3.1卫生填埋卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国在前几年应用最广的处置工艺。由于渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等，对处理技术标准要求越来越高,许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。1992年欧盟大约40％的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，例如英国污泥填埋比例由1980年的27％下降到1995年的10％，2005年下降到6%，并还在继续下降。3.世界各国污泥处理处置方法据有关资料调查表明：2000年美国大部分污泥被有效利用，21个州的50％以上的污泥被循环利用，4个州的50％以上的污泥被填埋，5个州的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理。由此表明：美国的污泥的主要处置方法是循环利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美国许多地区甚至已经禁止污泥土地填埋。据美国环保局估计，今后几十年内美国6500个填埋场将有5000个被关闭。这意味着填埋并不能最终避免环境污染，而只是延缓了产生的时间。另外，自从1996年10月，英国对污泥陆地填埋处理征收一定的税收。3.2污泥农用污泥农用投资少，能耗低，运行费用低，其中有机部分可转化成土壤改良剂成分，因此污泥土地利用被认为是最有发展潜力的一种处置方式。这种处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化及严重扰动的土地修复与重建等,如矿场土地、建筑排废深坑、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地。这些污泥利用方式减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥、又恢复了生态环境。林地和市政绿化的利用是一条很有发展前途的利用方式，因为它不易造成食物链的污染。影响污泥农用的主要因素是重金属污染、病原体、难降解有机物及N、P的流失对地表水和地下水的污染。目前对重金属污染研究较多，主要集中在污泥农用后土壤耕作层重金属的变化，作物各部位富积量，存在形态及其影响等。大量的研究表明：近十几年来，城市污泥中重金属含量呈下降趋势，只要严格控制污泥堆肥质量，合理施用，一般不会造成重金属污染。为提高污泥农用效率、减少有害物的含量可采取将污泥制成有机－无机复合肥料，适当添加钾肥以补充肥料中钾的不足。3.3污泥焚烧以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积，但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，有机物焚烧会产生二噁英等剧毒物质。在国外，特别是西欧和日本污泥焚烧已得到了广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的60％以上，欧盟也在10％以上。为防治焚烧产生二噁英等有害气体，要求焚烧温度高于850℃。焚烧后产生的焚烧灰可以改良土壤、筑路，制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。此外，已经有一些公司正在开发将脱水污泥制成燃料以发电的新技术。在国内由于其一次性投资和处理成本大、焚烧烟气需进一步处理等问题而一直未得到应用。3.4污泥干化和热处理污泥干化能使污泥显著减容，体积可以减少4～5倍，产品稳定、无臭且无病原生物，干化处理后的污泥产品用途多，可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。由于污泥热干燥技术要求和处理成本较高，管理较复杂，所以这项技术直到20世纪80年代末期，从瑞典等国家的成功应用之后才在西方发达国家推广。污泥低温热处理技术无害化和减量化彻底，其地位已经逐渐增强，研究表明：低温热解是能量净输出过程，成本低于直接焚烧。3.5污泥堆肥堆肥化技术是国际上从60年代迅速发展起来的一项新兴生物处理技术。70年代以后由于污泥产生的环境问题和填埋技术的缺点日益突出，污泥堆肥技术引起了世界各国的广泛重视，并成为环保领域的一个研究热点。进入80年代之后，日本、韩国以及欧美一些国家相继研究开发出封闭式发酵系统，以机械方式进料、通风和排料。虽然设备投资较高，但是由于自动化程度高、周期短，日处理量大，污泥处理后质量稳定，容易有效利用，而且可以有效控制臭气和其他污染环境的因素，所以综合效应好，日本神户、大阪等地已经开发出多种发酵仓工艺系统。日本于1954年建立第一座污泥堆肥中心，到20世纪90年代末已建成了35座堆肥厂，许多大型的堆肥厂的发酵仓和生产线以及袋装产品很具规模，且机械化、自动化程度较高。美国1973年只有少数几家污泥堆肥厂，到目前为止美国已经建成数以百计的污泥堆肥厂。虽然国外将污泥堆肥处理后制成复合肥已经相当普遍，但是国内污泥堆肥的商品化生产正在蓬勃地发展中。我国的深圳、太原、石家庄、西安等地已经出现了污泥堆肥产品。污泥循环利用主要当作肥料用于农业或林业。但是，对食品的清洁生产和人类无污染食品消费的关注可能会增加对污泥处理问题的争论。3.6海洋倾倒海洋倾倒操作简单、对于沿海城市来说其处理费用较低，但是，随着生态环境意识的加强，人们越来越多地关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影响。美国于1988年已禁止污泥海洋倾倒，并于1991年全面加以禁止。日本对污泥的海洋投弃作了严格的规定。中国政府于1994年初接受3项国际协议，承诺于1994年2月20日起不再海上处置工业废物和污水污泥。海洋倾倒在英国尤其流行，因为与其他方法相比，其费用相当低。但是从1998年底，欧共体城市废水处理法令（91／271／EC）已经禁止其成员国向海洋倾倒污泥。4.世界污泥处理处置标准欧美国家根据各自具体情况制定了城市污泥土地利用技术标准。英国的标准主要包括污泥中各项有毒有害物质、pH指标、污泥无害化、卫生化、稳定化处理后各项指标值，土地类型及其性质的测定，处理后污泥的土地使用范围。美国对城市污泥土地利用有严格的规定，在《有机固体废弃物（污泥部分）处置规定》中，将污泥分为A和