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國內外污泥處理處置技術現狀及未來發展趨勢

發布時間:2019-06-04

隨著城市的快速發展,污水量不斷增加,污水廠提標改造進度持續加快,導致污泥產量大大增加,污泥處理處置的問題必須引起重視。本文探討了歐洲和日本的污泥處理處置方法,分析了我國污泥處理處置的現狀和問題,并結合國外經驗,提出了未來的發展趨勢。


前言

污水廠的建設運行伴隨著大量剩余污泥的產生,污泥中通常含有人類致病菌、重金屬等有害物質,將對環境造成二次污染并威脅人類健康。2016 年底,全國處理污水量達到 1.5 億 m3/d,污泥產生量以含水率 80%計,總量近 3000 萬噸,隨著水量增加和污水廠提標改造,預計 2020 年我國的污泥產量將突破 6000 萬噸(含水率 80%)[1]。因此必須采用對環境安全的方式進行污泥的處理處置。


國外污泥處理處置

目前日本的污泥處理方法一般有濃縮、脫水、厭氧消化、堆肥、焚燒和熔融等。焚燒指在 800—900℃的高溫下燃燒污泥。污泥焚燒技術實現了污泥最大程度的減量化,但弊端主要有兩點,一是焚燒過程中會產生二惡英,呋喃和重金屬等害物質;二是能耗較高,投資運行成本高。

但是為了有效減輕填埋場的壓力,干化焚燒是日本最普遍的污泥處理方式。熔融則是在 1300—1800℃下燃燒污泥。相比而言,熔融的優勢在于以下幾點:1)由于在高溫下結晶,因此 產生較少的二惡英;2)爐渣可循環利用;3)大量減少了干物質體積。但是由于熔融法建設運行費用較高,近年來主要應用于工業廢棄物含量較高的污泥。

污泥處理方式

由圖 1 可知,焚燒是日本最主要的污泥處理方式。

日本的污泥處置方式有填埋、農田和綠化利用、焚燒后的灰渣生產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,絕大多數作為建材利用,其次為土地利用等。從日本的經濟實力、技術水平和空間資源的限制性來看,焚燒處理后灰渣處置的技術路線是合適的。而水泥窯內溫度超過 1000℃,加之窯內的堿性環境,可以有效抑制表面二惡英的產生,因此日本政府鼓勵污泥和焚燒灰渣進入水泥廠系統焚燒 [3]。

歐洲污泥處理方法有厭氧消化、好氧消化、脫水、干化等。目前德國基本實現污泥全部經厭氧消化處理,不但降低了近一半的污泥體積,使污泥達到穩定化,消除惡臭并可產生沼氣作為能源循環利用。大多數的歐洲污水處理廠采用機械脫水的方式,最常用的依次為離心脫水,帶式壓濾和板框壓濾。污泥干化場的數量已從 1995 年的 110 座增長到1999 年的 370 座,到 2009 年已有 450 座 [4]。從歐洲目前的污泥處置方式及未來的預測來看,填埋所占的比重將繼續下降,而焚燒后資源利用則呈現上升趨勢。土地利用(直接利用或堆肥后利用)及焚燒后資源利用將是未來兩種主要的處置方式。詳見圖 2。

污泥處理方式2


我國污泥處理處置

我國的污泥處理方式

我國目前主要的污泥處理方式包括濃縮、調理、脫水、穩定、干化等。尤其以濃縮、調理和脫水為主,干化率很低。

濃縮,主要有重力濃縮、浮選濃縮和機械濃縮等。濃縮后污泥的含水率通常在 95% 左右,還需要進一步脫水。為了提高污泥的脫水性能,需要添加化學藥劑進行調理,最常用的有無機絮凝劑或有機聚合物電解質,如聚丙烯酰胺、鋁鹽、亞鐵鹽和石灰等。大中型污水廠多采用帶式應用技術脫水,隨著中國對脫水污泥含水率的要求越來越嚴,板框脫水及新型高干度污泥脫水的比例逐年上升。目前,我國污泥穩定化程度還處在較低水平,到 2010 年全國正常運行的厭氧消化設施僅有不到 20 座。

我國的污泥處置方式

污泥處置是指污泥經處理后的最終去向。中國目前主要的污泥處置方法有衛生填埋、土地利用、焚燒后建材利用等,其中衛生填埋是最常用的方式,有關標準越來越嚴格,比如要求進填埋場的污泥含水率不能超過 60%。

土地利用的定義較為寬泛,包括園林綠化、土壤改良修復使用、農業利用等。目前我國有關污泥土地利用的政策法規還不夠完善,真正意義上的土地利用比例很低。然而隨著我國耕地土壤有機質的不斷下降,怎樣將處理后的污泥作為有機土回歸土地,是需要繼續探索的一個課題。

污泥焚燒的方式包括利用現有垃圾焚燒爐焚燒,利用工業用爐焚燒,利用火力發電廠焚燒爐焚燒,利用水泥窯摻燒和單獨焚燒等。其優點主要有較大程度地實現污泥減量化、安全穩定化和無害化。在水泥窯焚燒的產物可以直接以水泥的形式被利用,而以其他方式焚燒產生的灰渣可作為建材的補充。

我國的污泥處理處置路線

目前普遍采用的處理處置路線有 4 種。詳見表 1:

污泥處理處置路線

綜合以上 4 種處理處置路線,由于我國的農業準入許可十分嚴格,且周邊輔料供應存在不穩定性,脫水污泥作為農用的可能性不大,土地利用主要考慮園林綠化利用等方式,還需注重產銷平衡等問題。衛生填埋的方式不可持續,不受政策鼓勵,目前填埋廠對污泥進場的要求也越來越高,我國土地資源的嚴重緊缺也限制了其未來的發展。污泥焚燒后建材利用如灰渣制磚、制水泥等實現了污泥處置的資源化,是一種相對安全穩定的出路。

目前,上海市的污泥處理處置路線以深度脫水后衛生填埋為主。截止到 2016 年底,全市日均處理污水量達 712.22 萬 m3,污泥產量為 856.3噸干泥 / 日,其中約有 65.7% 衛生填埋,焚燒僅占約 15.8%(包括單獨焚燒和混燒等)絕大部分灰渣也進入到填埋場填埋,建材和土地利用比例很低,僅有約 8%。到 2040 年,全市規劃污水量約為 1075-1150 萬 m3/d,考慮到污水廠出水水質標準的提升及設備維修護檢修,預測 2040 年全市污泥產量約為 2200 噸干泥 / 日。上海市土地資源緊缺,填埋廠的建造空間極為有限,長期將衛生填埋作為主要的污泥處置方式是不科學也不現實的。而作為人口密度高,經濟較為發達的城市,上海與日本的污泥處理處置條件十分類似,因此適用的污泥處理處置路線為干化焚燒后建材利用為主,好氧發酵后土地利用為輔,深度脫水后衛生填埋將作為應急保底。這樣的處置路線與日本、歐洲等發達國家是相吻合的。


結論

從日本和歐洲等發達國家的污泥處理處置情況來看,污泥的資源化利用是未來的重點和發展趨勢。尤其是在上海、北京等人口密集的大型城市,衛生填埋已無法滿足可持續發展的要求,應積極吸取好的經驗,結合實際情況,實現污泥的資源化利用,而非僅僅做到污泥的減量。與此同時,應明確污泥處置方式,而污泥處理方案必須滿足污泥處置的要求。目前,我國許多污水廠在建設污泥處理設施時并未考慮完善日后的處置路線,造成處理后的產物無處可去或無法得到有效利用。在今后的規劃建設中,應在充分考慮處置路線的基礎上選擇處理工藝,最終實現污泥的減量化、無害化、穩定化和資源化。

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