國內外汙泥處置技術及未(wèi)來發展趨勢
隨著我國社會經(jīng)濟和城市化的發展,城市汙水處理廠正如雨後春筍般的在全國各城市(shì)建成(chéng)並投入運行,這固然對防治我國的水汙染問題起到了積極作用,但一個潛在的(de)問題隨之產生,即汙泥的處置與處理問題。汙泥是汙水處理後的附屬品,由於汙水處理量的增加,必然導致(zhì)汙泥(ní)數(shù)量的(de)增加,而汙泥處理和處置(zhì)技術在我國還剛剛起步,並且(qiě)汙泥中含有(yǒu)大量的有害物質(重(chóng)金屬)及細菌、各種寄生蟲(chóng)卵、大量的病原微生物等。因此,了(le)解國內外汙泥研究現狀及進展,對尋(xún)找(zhǎo)合理的汙(wū)泥處理、處置方式,並充(chōng)分利用汙泥中的資源,使之達到減量化、穩定化、無(wú)害化和資源化具有重要的現實意義(yì)。1汙泥處理與處置技術從目前(qián)國際上已建成運行(háng)的(de)汙泥處理處置項目來看,常見的汙泥(ní)處理方式有好氧發酵(堆肥)、厭氧消化、幹化、焚燒。汙泥處置方式有土地利用、填埋、綜合利用。由於國情不(bú)同,各國采用的處理方式(shì)和(hé)技術也各不相同。1.1好氧(yǎng)發酵汙泥好氧發酵技術是利(lì)用汙(wū)泥中的微生物進行發酵的一項新的生物處理技術,在實際應用中可以達到無害化、減量化、資源化的效果,並且具有經濟、實用不需外加能源、不產生二次汙染等特點。目前,國內外研究學者(zhě)針對堆肥過程中的條件控製、重金屬控(kòng)製、保氮(dàn)技術以及(jí)技術工藝方麵進行了大量的研究,取(qǔ)得了很多有價值的成果(guǒ)。汙(wū)泥好氧發(fā)酵技術經過近幾十年的發展,取得了(le)很大的進步,但在技術理論和工藝上還存在(zài)一些瓶(píng)頸,如需(xū)要大量(liàng)輔料、臭氣控製難、存在人畜健康安(ān)全風險等,好氧發酵(jiào)技術仍有很大的提高潛(qián)力。1.2厭氧消化汙泥厭氧消化是指在無氧條件下,由(yóu)兼性菌和厭氧菌將汙(wū)泥中可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和(hé)水等穩定物質,同時減小(xiǎo)汙泥體積,去(qù)除臭味,殺死寄生蟲卵,回收利用消化過程中產生(shēng)的沼氣的過程。汙泥厭氧消化以其(qí)高效的能量回收和較(jiào)低的環境影響是目前國際上應用廣泛的汙泥穩(wěn)定化和資源化的處理方法。國際上眾多(duō)學者一直致力於厭氧消化技術(shù)的(de)研究,並使其獲得了(le)廣泛的應(yīng)用和長足的發展。總體來說,汙泥厭氧消化技(jì)術在我國尚未取(qǔ)得突破性(xìng)進展,關鍵技術和設備主要依靠進口,投資相對較高,運行效果較差,沼氣利用環節存在障礙,共同構成了該技術在國內(nèi)推廣應用的限製因(yīn)素。1.3幹化焚燒汙泥焚燒是(shì)指在空(kōng)氣供給過量的條件下,將汙泥加熱,並在(zài)高溫(850~1100℃)下氧化、熱解並徹底破壞其中的有機物和病原體等物質的方式(shì)。焚燒裝(zhuāng)置有多種型式,目前使用較多的有豎式多級焚燒爐、轉筒式焚燒爐(lú)、流(liú)化焚燒爐等。為了(le)實現節(jiē)能目的,需要將(jiāng)汙泥(ní)先幹化(huà),大幅降低其含水率後再進(jìn)行焚燒。因(yīn)此,目前的汙泥焚燒工(gōng)程(chéng)一般(bān)采(cǎi)用幹化和焚燒(shāo)聯用的處理工藝。1.4土地利用土地利用是指將汙泥直接或間接(jiē)(經過好氧發酵或厭氧消化後)用於農田、菜地、果園、草坪、綠化以及(jí)土壤改良,或將達到一定標準的汙泥用作填埋場的覆蓋土。近年來,美國、加拿大及一些歐盟國家鼓勵采用土地利用技術將符合(hé)泥質要求的汙泥直接或好氧發(fā)酵後用於綠化、土地(dì)修複等。研究內容主要集中在汙泥的(de)穩定化和(hé)無害化土地利用方法、汙泥的肥效和(hé)對農作物的增(zēng)產價值等方麵,在(zài)汙泥對土(tǔ)壤質量、植物等的潛在(zài)影響以及汙染控製方麵也進行了相關研究(jiū)。1.5海洋傾倒海洋傾倒(dǎo)操作簡單,對於沿海城市來說其處理費用較低,但是,隨著生態環境意識的加強,人們(men)越來越多(duō)地(dì)關注汙泥海洋傾倒對海洋生態(tài)環境可能存在的影響。美國於1988年已禁止汙泥海洋傾(qīng)倒,從1998年底,歐共體(tǐ)城市廢(fèi)水處理法令(91/271/EC)已經禁止其成員國向海(hǎi)洋傾倒汙泥。中國政府於1994年初接受3項國際協議,承諾於1994年2月20日起不在海上處置工業廢物(wù)和汙水汙泥。1.6衛生填埋汙泥衛生填埋始於20世紀(jì)60年代,填埋操作簡單、費用低、適應性強汙泥(ní)可單獨或與其(qí)他固體(tǐ)廢棄物(如城市垃圾等)一起填埋。但存在這樣一些問題:因(yīn)汙泥含水量高,且(qiě)滲瀝水屬高濃度有機(jī)汙水,必須收集處理以防止二次汙染;填埋(mái)場壓實機械(xiè)工作難度加大;填埋場的衛生狀況(kuàng)惡劣。2國內外汙泥(ní)處理現狀2.1國外汙泥處理與處置現狀(zhuàng)國外(wài)的城市汙水汙泥(ní)處理與處置已經(jīng)有近100a的曆史(shǐ),無論是(shì)進行(háng)有效利用還是進行填埋(mái)處置,汙泥處理的目的與其他廢棄物的處理(lǐ)一(yī)樣,皆是(shì)以減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化為目的。要達到這一目的,必須通過各種機械和各種處理構築物的有機結合,組成汙泥處理(lǐ)、處置係統(tǒng)。汙泥處(chù)置的(de)基本(běn)步驟為:濃(nóng)縮、脫水、幹燥、焚燒等,這些操作均能起到濃縮(suō)汙泥的作(zuò)用。通常情況(kuàng)下國外城市汙泥處理係統工藝流程一般有下(xià)列4類:(1)原汙泥→濃縮→脫水→處置脫水濾餅(bǐng);(2)原汙泥(ní)→濃縮→脫水→焚(fén)燒(shāo)→處置灰分;(3)原汙泥→濃縮→消化→脫水→處置脫(tuō)水濾餅;(4)原(yuán)汙泥→濃縮→消化→脫水→焚燒→處置灰分。根據日本對318個汙水處理廠的統計,汙泥處理方式(1)占34%;方式(2)占8.8%;方式(shì)(3)占26%;方式(4)占5.7%。日本汙泥終處置(zhì)主要方法是焚燒,約占汙泥處置總量的55%。據美國環(huán)保署估計(jì),自從1972年政府頒布水淨化條例以來,汙泥量逐年快速地增(zēng)加,2010年(nián)達到820萬t。在英國,根據資料,汙水處理產生的汙泥年產量為110.7萬t幹汙泥英國汙泥終處置的主要方法是農用(yòng)(占46.6%),其次為汙泥排海(占33.5%)。隨著環境問題(tí)的日益嚴重,歐共體在協定中規定汙水汙(wū)泥排海的期限為1998年12月31日(rì),這意味著英國將有33.5%的汙泥轉向陸地處置。目前英國用於(yú)填埋所占比例較小(xiǎo),隻占汙泥(ní)處理(lǐ)量的8%,從(cóng)長遠(yuǎn)的觀點來看,將經過(guò)厭氧消化、化學或熱處理、長時間(jiān)堆(duī)放等處理後的汙泥回用於農田,是英國汙泥處置(zhì)的發展方向。目前,世界範圍內常用的汙泥處置方法有農用、填埋、投海、焚燒等。美國和英國以農用(yòng)為主,西歐以汙泥(ní)填埋為主,日本以焚燒為主,而澳大利亞以汙泥填埋和投海為主。歐盟國家對汙泥處置的發展趨(qū)勢進行綜合分析,由於可使用土地麵積、處理(lǐ)成本、越(yuè)來越嚴格的環境標準以及資源(yuán)回收政策(cè)的(de)普及,同時考慮(lǜ)到未來10a到20a間汙泥性質的巨大變(biàn)化等因素(sù),2005年歐盟各國采用(yòng)汙泥處置方(fāng)式的比例為:回收利用占45%,焚燒占38%,填埋(mái)占17%。2.2國內汙泥處理處置(zhì)現狀我國一些(xiē)中小城(chéng)市基本上沒有建造(zào)汙水處理設施,即使有汙水處理(lǐ)廠的(de)大中城市,其汙泥處理設施90%以上不配套。已建成(chéng)的(de)汙水處理廠中,汙泥未經(jīng)任何處理就直(zhí)接農用的占70%以上。既使在設有消化池的汙水處理(lǐ)廠,消化(huà)後的汙泥也隻是稍加脫(tuō)水後就直接農用,很難符合汙泥農用衛生標準,汙泥處置技術比發達國家較落後。汙泥(ní)處理工藝從國內已運行的城市(shì)汙水處理廠來看,汙泥處理工藝包括汙泥濃縮、穩定、脫水、處置4個主要過程。目前(qián),我國已開始將汙(wū)水處理廠汙泥用於土(tǔ)地填埋和城市(shì)綠化,並將汙泥作基質,製作複合(hé)肥用於農業等。但總的(de)狀況還是以汙泥土(tǔ)地利用(yòng)的形式為主,將汙(wū)泥(ní)用於農業。由於國內在汙泥管理方麵對汙泥所含病原菌、重金(jīn)屬和有毒(dú)有機物等理化指標及臭氣等感官(guān)指標控(kòng)製的重視(shì)程度還不夠高,因此限製了對汙泥的(de)進一步處置利用。國內汙泥處置技術所占的比例為:農(nóng)業利用占(zhàn)44.83%,土地填埋占31.03%,無汙泥處置占13.79%,綠化占3.45%,焚燒(shāo)占3.45%,與(yǔ)垃圾混合填(tián)埋占3.45%。國內的汙泥有13.79%沒有作任何處置,這將對(duì)環境帶來巨(jù)大危害。汙泥散(sàn)發的(de)臭氣汙染嚴重,病原菌對(duì)人類健康產生潛在威脅(xié),重金屬和有毒有害有機物汙染地表和地(dì)下水係統。造(zào)成這(zhè)種現象的原因有:由於國內汙泥處、理處(chù)置(zhì)的起步較晚,許多城市沒有將汙泥處置場所納入城市總體(tǐ)規劃,造成很多汙水處(chù)理廠難以找到合適的汙泥處置方法和汙泥棄置場所;我國汙泥利用的基礎薄弱,人們對汙泥利用的認識(shí)存在嚴重不足,對汙(wū)泥的終處置問題缺乏關注(zhù),給一些有害汙泥的(de)終處置(zhì)留下了隱患;汙泥利用率不是很高,仍有一部分的汙水處理廠汙泥隻(zhī)經儲存即由環衛部門外運市郊直接堆放。汙泥的隨意堆放很容易產生二次汙染,並(bìng)造成汙泥資源的浪費。因此我國當前(qián)麵臨的問題(tí)是應盡快發展汙泥處置技術來解決不斷(duàn)增長的汙水汙泥。3汙泥處理與處置技(jì)術發(fā)展趨勢近年來,還出現了一些新興技(jì)術(shù),如汙泥的等離子體處理技術正逐漸(jiàn)應用於城市有機廢棄物的處(chù)理,瑞典、美國、德國、日本等國已建(jiàn)起了一(yī)定規模的等離子體處理(lǐ)廠,近年來在我國也有所發展。新發展起來的超聲波汙泥處理技術,由於聲能利用效率和能耗的問題而沒(méi)有大規模使用,但(dàn)與其他汙(wū)泥處理工藝聯合使用具有廣闊的前景。汙泥作為(wéi)建材利用的多項技術在世界(jiè)先(xiān)進國家已經相對成熟,其(qí)中建築磚塊、輕質材料以及水泥材料等技(jì)術(shù),已(yǐ)經(jīng)在日本、德國等(děng)國(guó)家開始進行(háng)規(guī)模化生產應用或正(zhèng)在計劃(huá)大(dà)規模生產再利用。汙泥(ní)的其他處理處置方法如汙泥改性製吸附劑、製活性炭、用作粘(zhān)結劑、汙泥油(yóu)化、降解氯代化合物都有一定的研究,但還處於探索研究階段。經過幾十年的發展,歐美、日本等發達國家已形成了相對完善的汙泥處理處置技術路線[22],相關設備的應用也(yě)趨於成熟,相關的法律法規及標準規範已比(bǐ)較完善。近年(nián)來,日本對(duì)汙泥處理處置技(jì)術路線進行了戰略調整(zhěng),逐漸轉(zhuǎn)向(xiàng)了汙泥(ní)資源化利(lì)用,汙泥(ní)焚燒灰(huī)分也用(yòng)於生產建(jiàn)築材料。綜上(shàng),歐美、日本等發達國家汙(wū)泥處理處置的總體思路是(shì)汙泥的資(zī)源化利用(yòng),並將土地利用(yòng)作為汙泥處置的主要方式和鼓勵(lì)方向。因此(cǐ),厭氧消化、好氧發(fā)酵、土地利用、建材製造等資源化處理處(chù)置技術將會是國際上(shàng)汙泥處理處置的(de)研究重點,在保證汙泥無害化的前提下,實現汙泥的較大(dà)程度的利用已(yǐ)經成為了國際(jì)汙泥處理處置領域發展的趨勢。4結語目前,我國產生(shēng)的汙泥約48.28%為土地利用、填埋34.48%、焚燒3.45%、13.79%未進行合理處置,總體狀況(kuàng)以土地(dì)利用形式為主,大部分(fèn)用(yòng)於農業。仍有大部分的汙泥沒有得到合理的處置,這將會對環境帶來潛在的危害。結合我國人口眾多、資源和能源(yuán)相(xiàng)對匱乏的基本國情,汙泥的再利用技術(shù)非常具有開發(fā)價值。可見汙泥的資源化和能源(yuán)化利(lì)用將是國(guó)內汙泥行業未來重要的(de)發展方向。