我国城市污水厂污泥处理处置技术浅谈

我国城市污水厂污泥处理处置技术浅谈摘要:从我国国情和污水及污泥处理现状实际出发,通过对污水厂污泥成分的分析,国内、外几种污泥处理技术工艺选择比较和经济分析,对于不同地区、不同经济发展水平和不同环境下的污泥处理处置,宜采用适宜当地实际的污泥处理处置方法。

关键词:污泥处理处置污泥特性脱水堆肥加钙碱性稳定厌氧消化干化焚烧干馏随着我国社会经济和城市化的发展,城市污水厂产生的污泥数量在不断增长,目前全国已建成并运转的污水厂1329座,污水排放量440×108m3/a,根据有关预测我国城市污水量在未来10年还会有较大增长,2020年污水排量将达到536×108m3/a,污泥是污水处理的副产品,是一种有机残片、细菌体、无机颗粒胶体等组成的极其复杂的非均质体,污泥量通常是污水量的0.3%～0.5%(体积)或者约为污水量的1%～2%(质量),如果深度处理,污泥量增加0.5～1.0倍,污水处理效率的提高,必然导致污泥量的增加,目前我国污水处理和处理率虽然不高,污泥产生量是增长的因素来自多方面:污水、污泥处理技术的应用、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,如禁止填埋场填埋庭院垃圾等政策以及污泥处理费高昂,污泥产品市场需求等地方发展要求也导致了污泥产生量的增加。

2009年2月建设部、环保部和技术部联合发布了《城镇污水处理厂污泥处理量及污染防治技术政策(试行)》,该政策的实施极大地鼓励了污泥的循环利用而不仅仅是污泥处置。

1 污水污泥处理处置现状据统计:2008年全国污水排放量572亿t/a,投运的城镇污水处设施总处理能力9092万t/d,实际平均处理能力6693万t/d,截止2009年2月统计我国每天湿污泥近10万t(80%含水率),预计2010年底我国每天产生污水处理量1×108m3,湿污泥近17.5万t(80%含水率)。

全国城镇污水处理厂只有小部分进行填埋、土地利用、焚烧和建林利用等,总有效处理处置率仅5%～10%,其余大部分未进行规范化的处理处置。

按照《全国城镇污水处理和再生利用设施建设“十一五”规划》要求,污泥处置要遵循减量化、稳定化、无害化和最终安全处置的原则,到“十一五”末期,全国城镇形成日处理干污泥20083t的污泥综合处理处置能力,目前看进展缓慢,差距很大。

污水处理设施高速建设,并已接近尾声,而相应的污泥处理处置设施的建设还没有大规模展开,污泥处理处置严重滞后于污水处理,使已建成投运的大批污水处理设施的环境效益大打折扣。

大量污泥的无序弃置,不只是污染物从污水往陆地的转移,实际上还使污染物进一步扩散,加剧了对环境的危害,成为环境领域的重大问题之一。

2 污水厂污泥成分及性质污泥中除含有大量水分之外,还含有重金属、有机质、氮和磷等植物性营养元素以及有毒有害有机物,这些物质的组成对污泥处理处置工艺选择起做重要作用。

(1)重金属:我国污泥中的Ni、Pb、Cr、Cu、Zn含量变化幅度很大,极差最高达几千mg/kg,Zn是含量最高的元素,均值为1450mg/kg,我国城市污泥中的Zn和Cu的超标率分别是9%和12%;(2)植物养分含量:我国居民食肉和奶制品较少,致使污泥含有机物中淀粉糖类纤维素等碳水化合物含量高(>50%),而脂肪和蛋白质含量较低(脂肪20%,蛋白质30%),总体而言污泥有机物(VSS)含量为55%～60%;(3)有毒有害有机物:污泥中含有上述有机物和重金属外,还有一些新型微量有毒有害有机物,不易降解,潜危害性大的特点,已成为污泥处理研究的热点问题,这些有毒有害有机物主要物质为:多氯联苯、苯并芘、王基酚、王基酚单氧乙烯醚、王基酚二氧乙烯醚、邻苯二甲酸酯、多溴联苯醚、多氯苯。

总体而言,污泥有机质含量不低、污泥热值不高、污泥肥效相对较高、重金属底。

3 污泥流向情况虽然我国污水厂数量逐年增加,但污水处理后污泥的处置问题一直未得到妥善解决,很大一部分弃置在污水厂周围,简单堆填或被直接用于农田,有些甚至被倾倒在河流附近,污泥的不规范处置已成为土壤和水环境中一个新的污染源,部分抵消了污水厂净化环境的功效,严重制约了污水处理事业的发展。

4 污泥处理处置方式现状(1)国内现状我国多数污水处理厂都是采用浓缩脱水处理,而采用稳定化处理的污水厂比例不到20%(稳定化处理包括石灰稳定、消化、堆肥、化学稳定和热稳定等过程),大部分处理厂污泥处理不到位,很大程度上影响了污泥的最终处置,而我国多数城市污水厂污泥的主要处理方法是土地填埋,其次是污泥土地利用,填埋占了相当大的比例,但是由于填埋场大多为露天,经过雨水淋滤后,没稳定和无害化的污泥很快恢复原形,对填埋场的安全构成严重威胁,处理不到位的污泥还造成填埋场渗滤系统的严重堵塞,严重污染附近的地下水,尤其是污泥与垃圾混合填埋时,使得不少垃圾填埋场的寿命大大缩短,给城市垃圾处置带来很大的麻烦。

污泥堆肥、干化、焚烧较少,作为建材利用所占比例就更少了。

2004年我国上海建成第一座污泥干化焚烧厂,陆续在多元化发展,比如:重庆的污泥干化、污泥与水泥混烧;北京的污泥干化、堆肥、污泥与水泥混烧,深圳宝安污泥干化焚烧,温州污泥干化焚烧,杭州污泥与发电垃圾混烧,成都的污泥干化焚烧,天津纪庄子污泥干化焚烧,秦皇岛的高温好氧堆肥等。

(2)国外现状:美国2007年统计:土地利用55%(分农地和非农地),焚烧占15%,填埋占30%呈下降趋势;欧盟2006年统计:土地利用占52%(分农地和非农地),焚烧23%,填埋18%,其他7%;日本2004年统计:焚烧71.7%,堆肥10.6%,熔铁炉渣9.7%,光脱水5.2%,光干燥2.6%,碳化0.1%,其他0.1%;从上述统计来看,发达国家的污泥处理处置的主流技术是土地利用,土地利用包括三方面:一是作农作物、牧场草地肥料的农用,二是作为园林绿化肥料的林用,三是作为沙漠、盐碱地、废弃矿区改良基质的土壤改良,实际大量进行的是农用方向的土地利用,可以称为污泥的“农业循环利用”,与其他处理方式比较,污泥农用是最经济的处置方式。

污泥是否农用曾是很多国家长期争论的热点,一方面,污泥中富含有机质及氮磷钾等营养元素(有机质54.3%,含氮0.95%,含磷1.8%,钾0.24%)污泥农用后有机质可以改善土壤结构,增加透气性和持水性,培育地力;增加的营养元素可减少化肥施用;另一方面,由于污泥中含有重金属、病原体及持久性有机污染物等有毒有害物质,污泥农用后,担心这些物质进入食物链及环境,可能会危及人体健康和环境安全。

5 我国污泥处理处置应遵循的原则和控制标准按照《城镇污水处理厂处理处置及污染防治技术政策》的要求,参考发达国家近几十年的经验和教训,污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠、经济可行”为原则,以减量化、稳定化、无害化和资源化为基本出发点,我国因此制定了污水厂污泥处理处置的相关控制标准:《城市污水处理厂污水污泥处理处置及污染设置最佳可行技术导则》《城镇污水处理厂处理处置及污染防治技术政策》(试行)《城镇污水处理厂污泥处置土地改良泥质》(CJ/T291-2008)《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T309-2009)《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(CJ248-2007) 《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》(CJ/T249-2007)《城市环境卫生设施设置标准》(CJJ27)《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)《城镇污水处理厂污泥泥质》(CJ247-2007)《城市污水处理厂污水污泥排放标准》(CJ3025-1993)《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)《城镇污水处理厂污泥处置分类》(CJ/T239-2007)《城镇污水处理厂污泥处置林用地泥质》(正式制订)《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》(CJ/T290-2008) 《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》(CJ/T289-2008)《城镇污水处理厂污泥处置水泥熟料添加料用泥质》(CJ/T314-2009)6 污泥处理处置技术方案的选择分两个阶段:污泥处理包括浓缩、脱水、消化、发酵以及热干化等工艺过程,主要是对污泥进行稳定化、减量化和无害化处理的过程。

处置包括土地利用、填埋、焚烧以及建材利用等不同的方式污泥焚烧的灰分既可填埋也可作为建材原料。

处置是指对处理后的污泥进行消纳的过程,在确定污泥处理处置方案时,应首先确定污泥的处置方式,然后根据不同的处置方式确定对应的污泥处理方案。

无论采用哪种方法,无论各种方法如何组合,污泥不外乎就是两条出路:一是部分或全部资源化利用,一是重新回到环境中造成二次污染,当前我国正面临巨大的能源与环境压力,充分利用各种资源是解决资源紧缺的有效途径,而污泥中含有大量的有机质为其能源利用提供了必要的物质基础。

6.1 污泥堆肥技术污泥堆肥是目前污泥处理中广泛采用且相对成熟的一种处理方式,该方法主要是通过高温及微生物的拮抗作用达到使病原体快速死亡的目的,去除病菌和寄生虫卵等,该工艺将污泥机械脱水后使泥饼含水率75%～80%,然后加膨胀剂(秸秆糠)搅拌、破碎、混合,堆肥的颗粒直径维持在20～60mm,再进行一级堆肥,即好氧分解,需要进行通风供氧和翻动泥堆,时间为1周,温度在50～70℃之间,其目的是杀灭寄生虫卵、病原体,去除恶臭物质,分解有机物,然后进行二级堆肥,即自然堆放,不需要强制通风,堆放时间为20～30天,此过程为降温和继续分解有机物的过程;待堆肥成熟后,再进行筛分,筛去不能腐化的无机物,最后通过圆盘造粒机选成颗粒后袋装外运作肥料使用,污泥循环利用主要当作肥料用农业或林业。

污泥好氧堆肥实例:秦皇岛污泥处置厂、桂林市城市污水处理厂、唐山西郊污水厂、北京密云污水厂、太原市政污泥处置厂、洛阳污水厂、北京庞各庄污泥厂。

目前的污泥堆肥技术主要包括动态堆肥、静态堆肥和反应器三大类,现我国主要是采用动态仓式堆肥和动态条垛式堆肥工艺,主要依靠高效能和翻堆设备,高速大量连续对发酵物翻到充氧,具有系统简单、高效处理量大的特点,但是占地面积大,配套除臭系统庞大;目前污泥堆肥应用的主要问题集中在重金属和臭气排放两大方面,尽管污泥好氧发酵过程存在一定的重金属钝化作用,但作用效果不稳定,且效率较低。

未来污泥堆肥工艺技术的发展方向应着力于:处理高效化、系统模块化、流程自动化和操作无人化方向发展。