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国内外污泥处理处置技术现状及未来发展趋势

发布时间:2019-06-04

随着城市的快速发展,污水量不断增加,污水厂提标改造进度持续加快,导致污泥产量大大增加,污泥处理处置的问题必须引起重视。本文探讨了欧洲和日本的污泥处理处置方法,分析了我国污泥处理处置的现状和问题,并结合国外经验,提出了未来的发展趋势。


前言

污水厂的建设运行伴随着大量剩余污泥的产生,污泥中通常含有人类致病菌、重金属等有害物质,将对环境造成二次污染并威胁人类健康。2016 年底,全国处理污水量达到 1.5 亿 m3/d,污泥产生量以含水率 80%计,总量近 3000 万吨,随着水量增加和污水厂提标改造,预计 2020 年我国的污泥产量将突破 6000 万吨(含水率 80%)[1]。因此必须采用对环境安全的方式进行污泥的处理处置。


国外污泥处理处置

目前日本的污泥处理方法一般有浓缩、脱水、厌氧消化、堆肥、焚烧和熔融等。焚烧指在 800—900℃的高温下燃烧污泥。污泥焚烧技术实现了污泥最大程度的减量化,但弊端主要有两点,一是焚烧过程中会产生二恶英,呋喃和重金属等害物质;二是能耗较高,投资运行成本高。

但是为了有效减轻填埋场的压力,干化焚烧是日本最普遍的污泥处理方式。熔融则是在 1300—1800℃下燃烧污泥。相比而言,熔融的优势在于以下几点:1)由于在高温下结晶,因此 产生较少的二恶英;2)炉渣可循环利用;3)大量减少了干物质体积。但是由于熔融法建设运行费用较高,近年来主要应用于工业废弃物含量较高的污泥。

污泥处理方式

由图 1 可知,焚烧是日本最主要的污泥处理方式。

日本的污泥处置方式有填埋、农田和绿化利用、焚烧后的灰渣生产水泥或制造其他建筑材料如混凝土骨材、道路基材等。其中填埋所占的比重逐年下降,绝大多数作为建材利用,其次为土地利用等。从日本的经济实力、技术水平和空间资源的限制性来看,焚烧处理后灰渣处置的技术路线是合适的。而水泥窑内温度超过 1000℃,加之窑内的碱性环境,可以有效抑制表面二恶英的产生,因此日本政府鼓励污泥和焚烧灰渣进入水泥厂系统焚烧 [3]。

欧洲污泥处理方法有厌氧消化、好氧消化、脱水、干化等。目前德国基本实现污泥全部经厌氧消化处理,不但降低了近一半的污泥体积,使污泥达到稳定化,消除恶臭并可产生沼气作为能源循环利用。大多数的欧洲污水处理厂采用机械脱水的方式,最常用的依次为离心脱水,带式压滤和板框压滤。污泥干化场的数量已从 1995 年的 110 座增长到1999 年的 370 座,到 2009 年已有 450 座 [4]。从欧洲目前的污泥处置方式及未来的预测来看,填埋所占的比重将继续下降,而焚烧后资源利用则呈现上升趋势。土地利用(直接利用或堆肥后利用)及焚烧后资源利用将是未来两种主要的处置方式。详见图 2。

污泥处理方式2


我国污泥处理处置

我国的污泥处理方式

我国目前主要的污泥处理方式包括浓缩、调理、脱水、稳定、干化等。尤其以浓缩、调理和脱水为主,干化率很低。

浓缩,主要有重力浓缩、浮选浓缩和机械浓缩等。浓缩后污泥的含水率通常在 95% 左右,还需要进一步脱水。为了提高污泥的脱水性能,需要添加化学药剂进行调理,最常用的有无机絮凝剂或有机聚合物电解质,如聚丙烯酰胺、铝盐、亚铁盐和石灰等。大中型污水厂多采用带式应用技术脱水,随着中国对脱水污泥含水率的要求越来越严,板框脱水及新型高干度污泥脱水的比例逐年上升。目前,我国污泥稳定化程度还处在较低水平,到 2010 年全国正常运行的厌氧消化设施仅有不到 20 座。

我国的污泥处置方式

污泥处置是指污泥经处理后的最终去向。中国目前主要的污泥处置方法有卫生填埋、土地利用、焚烧后建材利用等,其中卫生填埋是最常用的方式,有关标准越来越严格,比如要求进填埋场的污泥含水率不能超过 60%。

土地利用的定义较为宽泛,包括园林绿化、土壤改良修复使用、农业利用等。目前我国有关污泥土地利用的政策法规还不够完善,真正意义上的土地利用比例很低。然而随着我国耕地土壤有机质的不断下降,怎样将处理后的污泥作为有机土回归土地,是需要继续探索的一个课题。

污泥焚烧的方式包括利用现有垃圾焚烧炉焚烧,利用工业用炉焚烧,利用火力发电厂焚烧炉焚烧,利用水泥窑掺烧和单独焚烧等。其优点主要有较大程度地实现污泥减量化、安全稳定化和无害化。在水泥窑焚烧的产物可以直接以水泥的形式被利用,而以其他方式焚烧产生的灰渣可作为建材的补充。

我国的污泥处理处置路线

目前普遍采用的处理处置路线有 4 种。详见表 1:

污泥处理处置路线

综合以上 4 种处理处置路线,由于我国的农业准入许可十分严格,且周边辅料供应存在不稳定性,脱水污泥作为农用的可能性不大,土地利用主要考虑园林绿化利用等方式,还需注重产销平衡等问题。卫生填埋的方式不可持续,不受政策鼓励,目前填埋厂对污泥进场的要求也越来越高,我国土地资源的严重紧缺也限制了其未来的发展。污泥焚烧后建材利用如灰渣制砖、制水泥等实现了污泥处置的资源化,是一种相对安全稳定的出路。

目前,上海市的污泥处理处置路线以深度脱水后卫生填埋为主。截止到 2016 年底,全市日均处理污水量达 712.22 万 m3,污泥产量为 856.3吨干泥 / 日,其中约有 65.7% 卫生填埋,焚烧仅占约 15.8%(包括单独焚烧和混烧等)绝大部分灰渣也进入到填埋场填埋,建材和土地利用比例很低,仅有约 8%。到 2040 年,全市规划污水量约为 1075-1150 万 m3/d,考虑到污水厂出水水质标准的提升及设备维修护检修,预测 2040 年全市污泥产量约为 2200 吨干泥 / 日。上海市土地资源紧缺,填埋厂的建造空间极为有限,长期将卫生填埋作为主要的污泥处置方式是不科学也不现实的。而作为人口密度高,经济较为发达的城市,上海与日本的污泥处理处置条件十分类似,因此适用的污泥处理处置路线为干化焚烧后建材利用为主,好氧发酵后土地利用为辅,深度脱水后卫生填埋将作为应急保底。这样的处置路线与日本、欧洲等发达国家是相吻合的。


结论

从日本和欧洲等发达国家的污泥处理处置情况来看,污泥的资源化利用是未来的重点和发展趋势。尤其是在上海、北京等人口密集的大型城市,卫生填埋已无法满足可持续发展的要求,应积极吸取好的经验,结合实际情况,实现污泥的资源化利用,而非仅仅做到污泥的减量。与此同时,应明确污泥处置方式,而污泥处理方案必须满足污泥处置的要求。目前,我国许多污水厂在建设污泥处理设施时并未考虑完善日后的处置路线,造成处理后的产物无处可去或无法得到有效利用。在今后的规划建设中,应在充分考虑处置路线的基础上选择处理工艺,最终实现污泥的减量化、无害化、稳定化和资源化。

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