污水处理中污泥的处置与利用.pdf

2001 年 9 月?第 18 卷?第 3 期绵阳经济技术高等专科学校学报Journal of Mianyang College of Economy&Technology?Sep.2001Vo1.18 No.3?2001?04?09 收稿?污水处理中污泥的处置与利用杨丽君(西南科技大学环境工程学院?四川绵阳?621002)摘要!介绍和分析了我国污泥产生和处置利用的现状,比较了国内外采用的方法,并根据我国国情提出了污泥资源化、能源化的处置和利用途径的建议。关键词?污泥?处置?利用中图分类号:X703?文献标识码:A?文章编号:1007-7286(2001)03-0026-04Disposal and Utilization of Sludge in Sewage Treatment/Yang Lijun(Southwest University of Scienceand Technology,Mianyang,621002)Abstract:The present situation of production and disposal of sludge in China were introduced and ana?lyzed.Based on the disposal methods at home and abroad being compared,some advices for disposingsludge were put forward.Key words:sludge;disposal;utilization.城市污水在处理过程中会产生大量的污泥,其中初沉池产生的污泥量约为处理水量的 0.2%0.3%(含水率为 95%97%),二沉池排出的剩余活性污泥量为处理水量的 1%2%(含水率为 99.4%99.6%)。一处理规模为 10 万 t 的污水处理厂,每天排出初次污泥200 300 t,剩余活性污泥1000 2000 t。随着废水处理技术的进一步推广和发展,以及废水排放标准制定的日趋严格,污泥的产生量会越来越大。此外,污泥的处置费用也很高,约占污水处理系统总费用的 25%30%。因此,如何避免二次污染,妥善、经济地处置或利用污泥是一个值得探讨的课题。1?我国污泥处理现状随着我国社会经济和城市化的发展,城市污水厂的处理规模、处理程度都在不断扩大提高。到 20 世纪90 年代末,全国建成污水厂 300 多座,污水处理能力约 1.3 107m3/d。从现在到 2010 年的目标是新建城市污水处理厂 1000 余座,污水处理能力增加 5 107 6 107m3/d,污泥的产生量将会急剧快速地增长。污水处理中的污泥处理和处置技术在我国还刚起步,与国外先进国家相比差距很大。在我国现有的污水处理设施中,有污泥稳定处理设施的还不到 25%,处理工艺和配套设备完善的不到 10%。在为数不多的污泥消化池中能够正常运行的很少,有些根本就没有运行。多数污水厂只是将污泥送往垃圾场填埋或直接暴露在旷野中,造成二次污染。尽管国家花费了大量人力、物力、财力治理了污水,但污水处理的伴生产品污泥却得不到充分有效的控制。随着污水处理厂的兴建投产,污泥的产生量将会大幅度增加,所以对污泥的处置必须重视。2?常用的污泥处置方法及其存在的问题污水厂污泥的处置与利用方法很多,如表 1所示。目前大多数国家采用填埋、焚烧、投海、土地利用等实用性方法。表 2 列出了一些国家污泥产出情况与处置途径。这些方法都能容纳大量的污泥,是污泥处置的有效途径,但其中也存在诸多问题。表 1?污泥处置与利用途径项?目处置或利用途径?处?置?污泥投海、污泥填埋、污泥焚烧?利?用农业方面污泥肥料、污泥饲料工业方面污泥气、污泥细菌蛋白、污泥燃烧灰(水泥添加剂)、干污泥颗粒(发电燃料掺合料)表 2?部分国家污泥产出量与处理途径国?家污泥产出量(干重,103t/a)处置途径及处理量(干重,103t/a)填埋焚烧土地利用其它德?国27501787275688?日?本136540389614818英?国107517254548301意大利80044088272?西班牙300150303090法?国900477180243?荷?兰280812814922瑞?典18072?6345瑞?士170?50120?丹?麦1304336483挪?威7530?4142.1?填埋污泥既可单独填埋也可与生活垃圾和工业废物一起填埋。这种处置方法简单、易行、成本低,污泥不需要高度脱水。填埋场一般为废弃的矿坑或天然的低洼地。截止 1992 年,欧共体国家通过填埋处置的污泥量占总量的 40%左右。但是,污泥填埋也存在一些问题,象渗出液和气体的形成。渗出液是一种被严重污染的液体,如果填埋场选址或运行不当,这种液体就会进入地下水层,污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷,若不采取适当措施会引起爆炸和起火。另外,适合污泥填埋的场所因城市污泥的大量产出而越来越有限,这也限制了该法的进一步发展。美国环保局估计未来十几年,近 80%的填埋场将关闭。2.2?焚烧污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素木质素,脱水后的干污泥发热量约为 836 kJ/kg,可用来焚烧。污泥焚烧后的残渣无菌、无臭,体积减少 60%,含水率为零,使运输和最后处置大为简化。焚烧后产生的热量也可以充分利用,具有应用前景。日本利用该法处置的污泥占总量的 60%以上。污泥在焚烧前必须脱水。从目前技术水平看,机械脱水成本比较高,自然脱水虽然成本低,但时间长、占地大,而且在晾晒期间污泥散发的腐臭气会污染空气。污泥在焚烧时会产生二氧化硫、二口恶英等气体而造成空气污染。污泥中的重金属也会随烟尘的扩散而污染空气。此外,焚烧法的处理成本十分昂贵。在日本,一套处理量在 50 m3/d 左右的焚烧设备(包括土建、配套)成本高达 28 亿日元。2.3?投海利用水体消纳污泥一般不需要进行严格的无毒无害化处理,也无需脱水便可直接排入水体,而且容量很大。对于靠近海岸的大型污水处理厂,这是一种方便的污泥处置方法。英国 20 世纪 80 年代初开始采用此法,美、日等沿海国家也有较多应用。但此法并未从根本上解决环境问题,它同时也造成了海洋污染,对海洋生态系统和人类食物链已造成威胁,受到越来越强烈的反对。美国 1998 年已禁止向海洋倾倒污泥,欧共体也规定从 1999 年开始禁止在海洋中处置污泥。27第 3 期?杨丽君?污水处理中污泥的处置与利用?2.4?土地利用可以接纳污泥的土地类型很多而且广大,象农林业耕地、牧业草地、园林绿地等。污泥的土地利用,可能是最古老最经济的处置方法。近年来,污泥的土地利用日益受到重视,欧共体成员国及美国的污泥总产量的40%施用于农田。污泥中富含的氮、磷、钾、微量元素等是植物所需的营养成分,其中氮是最主要的考虑因素。污泥营养物含量见表 3。污泥中的有机腐殖质(初沉池污泥含 33%,消化污泥含 35%,活性污泥含41%,腐殖污泥含 47%)是良好的土壤改良剂。因此,污泥是肥田、改良土壤、园林绿化建设的好材料。表 3?污泥的营养物含量(占污泥干重的%)营养物质污?泥?类?型液态原生污泥液态消化污泥风干的消化污泥液态活性污泥磷(以 P 计)0.5 3.00.5 3.00.5 2.01.5钾(以 K 计)0.1 0.70.1 0.50.1 0.3-钙(以 Ca 计)1.4 2.11.5 7.61.6 2.50.5 0.8镁(以 Mg 计)0.6 0.80.3 1.60.1 0.50.5 0.8?但是,污泥中也有大量病原菌、寄生虫(卵),以及铜、砷、铝、锌、铅、汞等重金属和多氯联苯、二口恶英、放射性核素等难降解的有机化合物。在农田施用时,必须采取措施以尽可能减轻污泥中的污染物带来的危害。为了减轻以至避免因施用污泥而导致重金属对农作物的污染,一些国家先后制定了污泥中重金属最高含量的控制标准,超过这个标准的污泥不许用作农业肥料(见表 4)。研究表明,pH 值是影响土壤中重金属迁移的主要因素。在 pH 值较高时重金属难于被植物同化。因此,一些国家规定酸性土壤不得施用污泥,如加拿大环境部规定,pH 值在 6.5 以上的地方可施用污泥,而且规定每公顷土地每年最大施用污泥量不得超过折合 20 kg 干物质。表 4?一些国家对利用污泥中的重金属最高含量限制/mg#kg-1金属比利时加拿大芬兰法国荷兰挪威瑞典瑞士总范围As1075-10-10 75Cd1020302051015305 30Co20150100-205010020 150Cr500-1000100050020010001000200 1000Cu500-30001000600150030001000500 3000Hg1052510578105 25Mn500-3000-500-500 3000Mo-20-2020Ni100180500200100100500200100 500Pb30050012008003003003001000300 1200Se2514-100-14 100Zn200018503000300030003000100010001000 40003?污泥处置途径建议采取何种方式处置污泥,因国家和地区科技水平、经济状况和自然环境的不同而异。从环境污染、卫生安全和经济有效等方面考虑,无论那种处置方式都存在利弊。我国城市生活污水处理行业,也必将面临污泥的出路问题,采取那种方式处理污泥应视具体情况而定,但污泥的根本出路是资源化和能源化。3.1?农业利用建国以来,我国化肥工业迅猛发展,农作物施肥结构发生了很大变化。20 世纪 70 年代以前,农家肥与化学肥料的比例是 73,20 世纪 70 年代以后,由于化学肥料用量猛增,其比例改变为 37。随着社会的发展,农家肥施用的比例越来越低,许多农作物几乎全靠化肥了,由此导致了土壤有机质不断减少,土壤肥力下降。有机肥料使用少的一个主要原因是其来源缺乏。28?绵阳经济技术高等专科学校学报?第 18 卷根据我国农业种植特点和需要,农田有机肥料的需求为 45 t/km2,就北京而言,它附近几个近郊区的农田总面积 60117 km2,需要有机肥 270 万 t,农民自己仅能提供 70 万 t,缺口高达 200 万 t。而污水处理过程中产生的污泥是一种有效的生物能源,有机物含量约为 60%,同时还含有大量的 N、P、K 等营养元素,综合肥力远高于普通农家肥。因而开发利用污泥生产有机肥料,既可解决大量污泥的处置和环境问题,又可为农林业开发有机肥源,改善有机肥缺乏的状况。因此,用污泥生产有机肥在农业方面有巨大的市场和广阔的前景。从我国目前的情况看,污泥的农业利用是符合国情的,也是污泥处置的最佳途径。但是在污泥肥料的施用过程中必须注意:(1)严格控制污水厂污泥的有害有毒物质及病原微生物,其含量必须达到国家标准;(2)应特别注意污泥中重金属含量,根据土壤背景值等情况,严格按计算得到的污泥使用量施用。此外,为了配合污泥的土地利用,应建立土地监测制度,定期检测各土地类型的土壤性质,确定可使用区域、敏感区域和不宜使用区域等。3.2?沼气利用对日处理能力在 10万 m3以上的大型二级处理设施产生的污泥,宜采用厌氧消化制沼气。众所周知,目前我国不但缺乏污水处理厂的建设资金,而且更缺乏处理厂的运行费用。有的污水厂建成后因缺运行费而停产,有的建成后因缺运行费而开工不足。而按我国目前的技术水平,利用沼气解决污水厂 30%的能源需求是可以做到的。在运行费中,污水厂的电费开支始终占了很大部分。因此,城市污水厂沼气的有效利用,不仅可以解决污泥出路问题,而且对节能和降低运行费用都有很大意义。沼气的主要成分是甲烷(CH4),一般污水厂消化气中甲烷的含量约为 60%70%,CO2含量约为 20%25%,其它各种气体如 H2S、水蒸气等约占 5%15%。沼气的利用途径很多,目前在实际工程中主要用于沼气发电和用沼气发动机带动鼓风机。沼气发电技术复杂,投资高,其推广应用的关键是发挥沼气发电效益高的优势。天津东郊污水厂沼气发电并网运行于 1998 年获得成功,是污水厂利用污泥生产沼气的一个例证。3.3?加强对污泥利用的研究污泥是污水处理过程中产生的%副产品&,目前认为是一种废物,需要予以处理或处置。由于其量大,使其处理和处置问题显得尤为突出。但如果能将其利用,可转害为利,又将是一极大的资源。当前,尽管利用污泥在生产有机肥料、沼气等方面取得了成功,但在开发利用的认识和技术方面还较为粗浅,途径较少,利用量不大。今后,随着污水处理厂的增多,污泥产量将更大。因此应重视和加强对污泥进行资源化和能源化的开发利用研究,寻求新的应用途径、加工技术,变大量的废物为大量的可利用物,取得良好的经济效益和环保社会效益。参考文献1?黄懂宁.城市污泥处置概述J.环境科学动态,1999,(4)2?田宁宁,王凯军,杨丽萍,等.污水处理厂污泥处置及利用途径研究 J.环境保护,2000,(2)3?陈荣柱,任琳.日本污泥处置技术现状与动态 J.给水排水,1999,(10)4?姚刚.德国的污泥利用和处置J.城市环境与城市生态,2000,(1,2)29第 3 期?杨丽君?污水处理中污泥的处置与利用?