國內外汙泥處置技術及未來發(fā)展趨勢(shì)
1汙泥處理與處(chù)置技術從目(mù)前國際上(shàng)已建成運行的汙泥處理(lǐ)處置項(xiàng)目來看,常見的汙泥處理方式有好氧(yǎng)發酵(堆肥)、厭氧消(xiāo)化、幹化、焚燒。汙泥處置方式(shì)有土地利用、填埋、綜合利(lì)用。由於國情不同,各國采用的處理方式和技術(shù)也各不相同。1.1好氧發酵汙泥好氧發酵技術是利用汙泥中的微(wēi)生物進行發酵的一項(xiàng)新的生物處理技術,在實(shí)際應用中可以達(dá)到無害化、減(jiǎn)量化、資源(yuán)化的效果,並且具有經濟、實(shí)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(zhōng)的條件控製(zhì)、重金屬控製、保氮技術以及技術工藝方麵進行了大量的研究,取得了很多有價值的成果[2-7]。汙泥好氧發(fā)酵技(jì)術經(jīng)過近幾十年的發展,取得了很大的進步,但(dàn)在技術理論和工藝上還存在一些瓶頸,如需要大量輔料、臭氣控製難、存在人畜健康安全(quán)風(fēng)險等(děng),好氧發酵技術(shù)仍有很大的(de)提高潛力。1.2厭氧消化汙泥厭氧消化是指在無氧條件下,由兼性菌和厭(yàn)氧菌將(jiāng)汙泥中可生物降解的有(yǒu)機物(wù)分解成二氧化碳、甲烷和水等穩定物質,同時減(jiǎn)小(xiǎo)汙泥體積,去除臭味,殺死寄(jì)生蟲(chóng)卵,回收利用消化過程中產生的沼氣的過程。汙泥(ní)厭氧消化以其高效的能量回(huí)收和較低的環境影響是(shì)目前國際上應用廣泛的汙泥穩定化和資源化的處理方法。國際上眾(zhòng)多學者一直致力於厭氧消(xiāo)化技術[8]的(de)研究,並使其(qí)獲得了廣泛的(de)應用和長足的發展。總體來說,汙(wū)泥厭氧消化技術在我國(guó)尚未取得突破性進展(zhǎn),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(qì)利用環節存在障礙,共同構成了該技術(shù)在國內推廣應用(yòng)的限製因素。1.3幹(gàn)化焚燒汙泥焚燒[9]是指在空(kōng)氣供給過量的條件下,將汙泥加熱,並在高溫(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(fāng)式。焚燒裝置有多種型式,目前使(shǐ)用(yòng)較多的有豎式多級焚燒爐、轉筒式焚燒爐、流化(huà)焚燒爐等。為了實現節能目的,需要將汙泥先幹化(huà),大幅降低其含水率(lǜ)後再進行焚燒(shāo)。因此,目前的汙泥焚燒工程一般采用幹化和(hé)焚燒聯用(yòng)的處理工藝。1.4土地利用土地利用是指將汙泥直(zhí)接或間接(經過好氧發酵或厭氧(yǎng)消化後)用於農田、菜地、果園、草坪、綠化以及土壤改良,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(ōu)盟(méng)國家鼓(gǔ)勵采(cǎi)用土(tǔ)地利(lì)用技術將符合泥質要(yào)求的汙泥直(zhí)接或好氧發酵後用於綠化、土地修(xiū)複等。研究內(nèi)容主要集中在(zài)汙泥的穩定化和無害化土地利用方法、汙泥的肥效和對(duì)農作物的增產價值等方麵,在汙泥對土壤質量、植物等的潛在影響以及汙染控製方麵(miàn)也進行了相關研究[10-14]。1.5海洋傾倒海洋傾倒操作簡單,對於沿海城(chéng)市(shì)來說其處理費用較低,但是,隨著生態環境意識的加強,人們越來越多(duō)地關注汙泥海洋傾倒對(duì)海洋生態環境可能存在的影響(xiǎng)。美國於1988年已禁止汙泥(ní)海洋傾倒,從(cóng)1998年底,歐共體城(chéng)市廢(fèi)水處理法令(91/271/EC)已經禁止(zhǐ)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(chéng)諾(nuò)於1994年2月20日起不(bú)在海上處置(zhì)工業廢物和汙水(shuǐ)汙泥。1.6衛生填埋汙泥衛生(shēng)填埋始於20世紀60年代,填埋操作(zuò)簡(jiǎn)單、費用低、適應性強汙泥可單獨或(huò)與其他固體廢棄(qì)物(如(rú)城市垃圾等)一起填埋。但(dàn)存在這樣一些問題(tí)[15]:因汙(wū)泥含水量高,且滲瀝水屬高濃度(dù)有機汙水,必須收集(jí)處理以防止二次汙(wū)染;填埋場壓實機械工作難度加大;填埋場的衛生狀況惡劣。2國內外汙泥處理現狀2.1國外汙泥(ní)處理與處置現狀國(guó)外的城市汙水汙泥處理與處置已經有近(jìn)100a的曆(lì)史,無論是進行有效利用還是進行(háng)填埋(mái)處置,汙泥處理的目的與其他廢棄物的(de)處理一樣,皆是以減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化為目的。要達(dá)到(dào)這一(yī)目的,必須通過各種機械和各種處理構築物的有機(jī)結合,組成汙(wū)泥處理、處置(zhì)係統。汙泥處置的基本步驟為:濃縮、脫水、幹燥、焚燒等,這些操作均能起到濃縮汙泥的作用。通常情況下國外城市汙泥處理係統工藝流程(chéng)一般有下列4類[16]:(1)原汙泥→濃縮→脫水(shuǐ)→處置脫水濾餅;(2)原汙泥→濃縮→脫水→焚燒→處置灰分;(3)原汙泥→濃縮→消化→脫水→處置脫水濾餅(bǐng);(4)原汙泥→濃縮→消(xiāo)化→脫水→焚燒(shāo)→處置灰分。根據日本(běn)對318個汙水處(chù)理廠的統計[17],汙泥處理方式(1)占34%;方(fāng)式(2)占8.8%;方(fāng)式(3)占26%;方式(4)占5.7%。日本汙泥處置主要方法是焚燒,約占汙泥處置總量的(de)55%。據美國環保署(shǔ)估計,自從1972年政府頒布(bù)水淨化條例以來,汙泥量逐年快速地增加,2010年達到820萬t。在英國,根據資料[18,19],汙水處理產生的(de)汙泥年產量為110.7萬(wàn)t幹汙泥英國汙泥處置的主要方法是農用(占46.6%),其次為汙泥排海(占33.5%)。隨(suí)著(zhe)環境問題的日益嚴重,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(zhe)英國將有33.5%的汙泥轉(zhuǎn)向(xiàng)陸地處置。目前英國用於填埋所(suǒ)占比例(lì)較小,隻占汙泥(ní)處理量的8%,從長遠的(de)觀點來看(kàn),將經過(guò)厭氧消化、化學或熱處理、長時(shí)間堆放等處理後的汙泥回用於(yú)農田(tián),是(shì)英國汙(wū)泥處置的發展方向。目(mù)前,世界範圍內常用的汙泥處(chù)置方法有(yǒu)農用、填埋(mái)、投海、焚燒等。美國(guó)和(hé)英(yīng)國以農用為(wéi)主,西(xī)歐以汙泥填埋(mái)為(wéi)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(guó)家對汙泥處置[20]的發展趨(qū)勢進行綜合分析,由(yóu)於可(kě)使用土地麵積、處理成本、越來越嚴格的環境標準以及資源回(huí)收政策的普及,同(tóng)時考慮到未來10a到20a間汙泥(ní)性質的巨大變化等因(yīn)素,2005年歐盟(méng)各國采用汙泥處(chù)置方式的比例為:回收利(lì)用占45%,焚燒占38%,填埋占17%。2.2國內汙泥處理(lǐ)處置現(xiàn)狀我國一些中小城(chéng)市基本上沒有建造汙水處理設(shè)施,即使有汙水處理廠的大中城市,其汙泥處理設施(shī)90%以上不配套。已建成的汙水處理廠中,汙泥未經任何處理就直接農用的(de)占70%以上。既使在設有消(xiāo)化池的汙水(shuǐ)處理廠,消(xiāo)化後的汙(wū)泥(ní)也隻是稍加脫水後就直接農用(yòng),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。汙泥處理工藝從(cóng)國內已運行的城市汙水處理(lǐ)廠來看,汙泥處理(lǐ)工(gōng)藝包括汙泥濃縮、穩定、脫水(shuǐ)、終處置4個主要過程。目前,我國已開始將汙水處理廠汙泥用(yòng)於土地填埋和城市綠化,並將汙(wū)泥(ní)作基質,製(zhì)作(zuò)複合肥(féi)用於(yú)農業等。但總的狀況還是(shì)以汙泥土地利用(yòng)的形式為主,將(jiāng)汙泥用於(yú)農業。由於(yú)國內在汙泥管(guǎn)理方麵對汙泥所含病原菌(jun1)、重金屬和有毒有機物等理化(huà)指標及臭氣等感官指標控製的重視程度還不夠高,因此限製了對汙泥的進一步處(chù)置利用。國內汙泥(ní)處置(zhì)技術所占(zhàn)的比(bǐ)例為:農業(yè)利用占(zhàn)44.83%,土地(dì)填埋占31.03%,無汙泥處置占13.79%,綠化占3.45%,焚燒占3.45%,與(yǔ)垃圾混合填埋占3.45%。國內的汙泥有13.79%沒有作任何(hé)處置,這將對環(huán)境帶來巨大(dà)危害。汙泥散發的臭氣汙染(rǎn)嚴重,病原菌對人(rén)類(lèi)健康產生潛在(zài)威脅(xié),重金屬和有毒有害有機物汙染地表和地下水係統。造成這種現象的原因有:由於國內汙泥處、理處置的起步較晚,許多城市沒有將(jiāng)汙泥處置場所納入城市總體規劃,造成很多汙水(shuǐ)處理廠難以找到合適的汙泥處置(zhì)方法和汙泥棄(qì)置場所(suǒ);我國汙泥利(lì)用的基礎薄弱,人們對汙泥利(lì)用的認識存在嚴重(chóng)不足,對汙泥的處置問題缺乏關注,給一些有害汙泥的處置(zhì)留下了隱患;汙泥利用率不是很高,仍有一部分的(de)汙水處理廠汙泥隻經儲(chǔ)存(cún)即由環(huán)衛部門外運市郊直接堆放。汙泥的隨意(yì)堆放很容(róng)易產(chǎn)生二次汙染,並造成汙泥資源(yuán)的浪費。因此我國當前麵臨的問題是應盡快發展汙泥處置技術來解決不斷增長的汙水汙泥。3汙泥處(chù)理與處置技術發展(zhǎn)趨勢(shì)近年來,還出現了一些新興技術,如(rú)汙泥的等離子體處理技術正逐漸應用於城市有機廢棄(qì)物的處理,瑞典、美(měi)國、德國、日本(běn)等國已建(jiàn)起了一定規模(mó)的等離子體處理廠,近(jìn)年來在我國也有所發展[21]。新發展起來的超聲波汙泥處理技術,由於(yú)聲能利用效率和能耗的問題而沒有大規(guī)模使用,但(dàn)與(yǔ)其他汙泥處理工藝(yì)聯合使用具有廣闊的前景。汙泥作為建材利用的多項技術在世界先進國家已(yǐ)經相(xiàng)對成熟,其(qí)中建築磚塊、輕質材料以及水泥材料等技術,已經在日本、德國等國家開始進行規模化生產應用或正在計劃大規模生產再利用(yòng)。汙泥的其他處(chù)理(lǐ)處置方法如(rú)汙泥改性製吸附劑、製活性炭、用作粘結劑、汙泥油化、降解氯(lǜ)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(chéng)了相對完善的汙泥處理處置技術路線[22],相關設備的應用(yòng)也趨於成熟,相關(guān)的法律法(fǎ)規及標準規範已比較完善。近年來,日本對汙泥處理處置技術路線進行了戰略調整,逐漸轉向了汙泥資(zī)源化利用,汙泥焚燒灰分也用於生產建築材料。綜上,歐美、日本等發(fā)達國家汙(wū)泥處理處置的總體思路是汙泥的資源化利用(yòng),並將土地利用作為汙(wū)泥處置的主要方式和鼓勵方向(xiàng)。因此,厭氧消化(huà)、好氧發酵、土地利用、建(jiàn)材製造等資源化處理處置技術將會是國際上汙(wū)泥處理處置的研究重點,在保證汙泥無(wú)害化的前提下(xià),實現汙泥的較大程度的利用已經成為了國際汙泥處理處置領域發展的趨勢。4結語目前,我國產生的汙泥約(yuē)48.28%為土地利用、填埋34.48%、焚燒3.45%、13.79%未進行合理處(chù)置,總體(tǐ)狀況以土地利用形式為主,大部分用於(yú)農業[23]。仍有大部分的汙(wū)泥沒有得到合理的處置,這(zhè)將會對環(huán)境帶(dài)來潛在的(de)危害。結合我國人口眾多、資源(yuán)和能源相對匱乏的基本國情,汙泥的(de)再利用技(jì)術非常具有(yǒu)開發價值。可見汙泥(ní)的資源化和能源化利用將是國內汙泥行業未來重要的發展方向。