國內外汙泥處置技術及未來(lái)發展趨勢
隨著我國社會經(jīng)濟和城(chéng)市化的發展,城市(shì)汙(wū)水處理廠正如雨後春筍般的在全國各城市建成並投入運行,這固然對防治(zhì)我國的水汙染問(wèn)題起到了積極作用,但(dàn)一個潛在的問題隨之產生,即汙泥的(de)處(chù)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(dǎo)致汙泥數量的增加,而汙泥處理和處置技術在我國還剛剛起步,並且汙泥中含有大量(liàng)的有害物質(重金屬)及細菌、各種寄生蟲卵、大量的病原微生物等。因(yīn)此,了解國內外汙泥研(yán)究現狀及進展,對尋找合理的汙泥處理、處置(zhì)方式,並充分利用汙泥(ní)中的資源,使之達到減量化、穩定化、無害化(huà)和資源化具(jù)有重要的現實意義。1汙泥處(chù)理與處置技(jì)術從目前國際上已建成(chéng)運行的汙泥處理處置項目來看,常見的汙泥處理方式有好氧發酵(堆肥(féi))、厭氧消(xiāo)化、幹化、焚燒。汙泥處置方式有土地利用、填埋、綜合利用。由於國情不同,各國采用的處理方式和技術也各不相同。1.1好氧發酵汙泥好氧發酵技術是利用汙泥中的微生物進行發酵(jiào)的一項新的生物處理技術(shù),在實際應用中(zhōng)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(bú)需外加能源、不產生二次汙染等特點。目前,國內外研究學者針對堆肥過程中的條(tiáo)件控製(zhì)、重金屬控製(zhì)、保氮技術以及技術工藝方麵進(jìn)行了大量(liàng)的研究,取得了很多有價(jià)值的成果。汙泥好氧發酵技術經過近幾十年的發展(zhǎn),取(qǔ)得了很大的進步,但在技術理論和工(gōng)藝上還存在一些瓶頸,如需要(yào)大量輔料(liào)、臭氣控製難、存在(zài)人畜健康安全風險等,好氧發酵技術仍(réng)有很大的提高(gāo)潛力。1.2厭氧消化汙(wū)泥厭氧消化是指在無(wú)氧條(tiáo)件下,由兼性(xìng)菌和厭氧菌將汙泥中(zhōng)可(kě)生(shēng)物(wù)降解的有機物分解成二氧化碳、甲(jiǎ)烷和水等穩定物質,同(tóng)時減小汙泥體積,去除臭味(wèi),殺死寄生蟲卵,回收利用消化過程中產生的沼氣的過(guò)程。汙泥厭氧消化以(yǐ)其高效的能量回收和較低的環境影響是目前國際上應用廣泛的(de)汙泥穩定化和資源化的處理方法。國際上眾多學者一直致力於(yú)厭氧(yǎng)消化技術的研(yán)究,並使其獲得了廣泛的應用和(hé)長足的發展。總體(tǐ)來說(shuō),汙泥厭氧消化技術在我國尚(shàng)未取(qǔ)得突破性進展,關(guān)鍵(jiàn)技術和設(shè)備主要依靠進口,投資相對較高(gāo),運行(háng)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推廣應用(yòng)的限製因素(sù)。1.3幹化焚燒汙泥焚燒是指在空氣供給(gěi)過量的條件(jiàn)下,將汙泥加熱,並(bìng)在高溫(850~1100℃)下氧化、熱解並徹底破壞其中的有機物和病(bìng)原體等(děng)物質的方式。焚燒裝置(zhì)有多種型式,目前使用較多的有豎式多級焚燒爐、轉筒式(shì)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,大幅降(jiàng)低其含水率後(hòu)再進行焚燒。因此,目前的汙泥焚燒工(gōng)程(chéng)一般采用幹化和焚燒聯用的處理工(gōng)藝。1.4土地利用土地利用是指將汙泥(ní)直接或間接(經過好氧(yǎng)發酵或厭氧消化後)用於農(nóng)田、菜地、果園、草坪、綠化(huà)以(yǐ)及土壤改良(liáng),或將達到一定標準的汙泥用作填埋場的覆蓋土。近(jìn)年來,美國、加拿大及一(yī)些歐盟(méng)國家鼓勵采用土地利用技術將符合泥質要求的汙泥直接或好氧發酵後用於綠化、土地修複等(děng)。研究內容主(zhǔ)要集中在汙(wū)泥的穩定化和無害化土地利用方法、汙(wū)泥的肥效和對農作物的增產價值等方麵,在汙泥(ní)對(duì)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。1.5海洋傾倒海洋傾倒操作簡(jiǎn)單,對於沿海城市來(lái)說其處理費用較低,但是,隨著生態環境意識的加(jiā)強,人們越來越多地(dì)關(guān)注汙泥海洋傾倒對海洋生態環境可能存在的影響。美國於1988年已禁(jìn)止汙(wū)泥海洋傾倒,從1998年底,歐(ōu)共體城市廢水處理法(fǎ)令(91/271/EC)已經(jīng)禁止(zhǐ)其(qí)成員國向海洋傾倒汙泥。中國政府於1994年初接(jiē)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和(hé)汙水汙泥。1.6衛生填埋(mái)汙泥衛生(shēng)填埋始於20世紀60年(nián)代,填埋操作簡單、費用低、適應性強(qiáng)汙泥可單獨或與其他固體廢棄物(如城市垃圾等)一起填(tián)埋。但存在這樣一些問題:因汙(wū)泥含水量高,且滲瀝水屬高濃度有機汙水,必須收集處理以防止二次(cì)汙染;填埋場壓實機械工作難度加大;填埋場的衛生狀況惡劣(liè)。2國內外汙泥處理現狀(zhuàng)2.1國外(wài)汙泥(ní)處理(lǐ)與處置現狀(zhuàng)國外的城市汙水汙泥處理(lǐ)與處置已經有近100a的曆史,無論是進行有效利用還是進行填埋處置,汙泥處理的目的(de)與其他廢棄物(wù)的處理一樣,皆是以減量化(huà)、穩定化、無害化和資源化為目的。要達到這一目(mù)的,必須通過各種機械和各種處理(lǐ)構築物的有機結合,組成汙泥處理、處置係統。汙泥處置的基本步(bù)驟為:濃縮、脫水、幹燥、焚燒等,這些(xiē)操作均能起到濃縮汙泥的作用。通常情況下國外城(chéng)市汙泥處理係統工藝流程一般有(yǒu)下(xià)列4類(lèi):(1)原汙泥→濃縮→脫水→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(shuǐ)濾餅;(4)原汙泥→濃縮→消化→脫水→焚燒→處置灰分。根據日本對318個汙水處理(lǐ)廠(chǎng)的統計,汙(wū)泥處理方式(shì)(1)占34%;方式(2)占8.8%;方(fāng)式(3)占26%;方式(4)占5.7%。日本(běn)汙泥(ní)終(zhōng)處置主要方法是焚燒,約(yuē)占汙泥處置總量的55%。據美國環保署估計,自從1972年政府頒布水淨化(huà)條例(lì)以來,汙泥量逐年快速地增加,2010年(nián)達到820萬t。在英國,根據資料,汙(wū)水處理產生的汙泥年產量為110.7萬(wàn)t幹汙泥英國(guó)汙泥終處(chù)置的主要方法是農用(占46.6%),其次為汙(wū)泥排海(占33.5%)。隨著環境問題的日益嚴重,歐共體在協定中規定(dìng)汙水汙泥排海的期限為1998年12月31日,這意味著英國將(jiāng)有33.5%的汙(wū)泥轉向陸地(dì)處置。目前(qián)英國(guó)用(yòng)於填埋所(suǒ)占比(bǐ)例較小,隻占汙泥處理量的8%,從長遠的觀點來看,將經過厭氧消化、化學或熱處理、長時間堆放等處理後的汙泥回用於農田,是英國汙泥處置的(de)發展方向。目前,世界範(fàn)圍內常(cháng)用(yòng)的汙泥處置方法有農(nóng)用、填埋、投海、焚燒等。美國和英國以農用(yòng)為主,西歐以汙泥填埋為主,日本以焚燒為主(zhǔ),而澳大利亞以汙泥填埋和投海為主。歐盟(méng)國家對汙泥(ní)處置的發展趨勢進行綜(zōng)合分(fèn)析,由於可使用土地麵積、處理成本、越(yuè)來越嚴格的(de)環境(jìng)標準以及資源回收政(zhèng)策的普及,同時考慮到未來10a到20a間(jiān)汙泥(ní)性質的巨大變化等因素,2005年歐盟(méng)各(gè)國采用汙泥(ní)處置方式的比例為:回收利用占45%,焚燒占38%,填埋占17%。2.2國內汙(wū)泥處理處置現狀我國一些中小城市基本上沒有建造汙水處理設施,即使有汙水處理廠的(de)大中城市(shì),其汙泥(ní)處理設施90%以上不配套。已建(jiàn)成的汙水處理廠中,汙泥未經任(rèn)何處理就直接農用的占70%以上。既使在設(shè)有消化池的汙水處(chù)理廠,消化後的汙泥也隻是稍加脫水(shuǐ)後(hòu)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(fā)達國家(jiā)較落後。汙泥處理工藝從(cóng)國內已運行的城市汙水處理廠來看,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,我國(guó)已開始(shǐ)將汙水處理廠汙泥用於土地(dì)填埋和城市綠化,並將汙泥作基質,製作複(fù)合肥用於農業等。但總的狀況還是以汙泥土地利用(yòng)的形式(shì)為主,將汙泥(ní)用於農業。由於(yú)國內在汙泥管理方麵對汙泥所含(hán)病(bìng)原(yuán)菌、重金屬和有毒有機物等理化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(wū)泥的進一(yī)步處置利用。國內汙泥處置技術(shù)所(suǒ)占的比例為:農業利用(yòng)占44.83%,土地填埋占31.03%,無汙泥(ní)處置占(zhàn)13.79%,綠化占3.45%,焚燒占3.45%,與垃圾混合填埋占3.45%。國內的汙泥有13.79%沒有作任何處置(zhì),這將對環境帶來巨大危害。汙泥散發的臭(chòu)氣汙染嚴重,病原菌對人類健康產生潛在威脅,重金屬和有毒有害有機物(wù)汙染地表和地下水係統。造成這種現象的原因有(yǒu):由於國內汙泥處、理處置的起(qǐ)步較晚,許多(duō)城市沒有將汙泥處置場所納入城市總體規劃,造成很多汙水處理廠難(nán)以找到合適的汙泥處置方法和汙泥棄置場所(suǒ);我國汙泥利(lì)用的基礎薄弱,人們對汙泥利用的認識存在嚴重不足,對汙泥的終處置問題缺乏關注,給一些有害汙泥的終處置留下了隱患;汙泥利用率不是很高,仍有一部分的汙水處理廠汙泥隻經儲存即(jí)由環衛部門外運市郊(jiāo)直接堆放。汙泥的隨意堆放很容易產生二次汙染,並造成汙泥資源的浪費。因此(cǐ)我國當(dāng)前(qián)麵(miàn)臨的問題是應盡快發展汙泥處置(zhì)技術來解決不斷增(zēng)長的(de)汙水汙泥。3汙泥(ní)處理與處置技(jì)術發展趨勢近年(nián)來,還出現(xiàn)了一些新興技術,如汙泥的等離子體處理技術正逐漸應用於城市有機廢棄物(wù)的處理,瑞典、美國、德國、日(rì)本等國已建起了一定規模的等離子體處理(lǐ)廠(chǎng),近年來在我國也有所發展。新發展起來(lái)的超聲波汙泥處理技術,由於聲能利用效(xiào)率(lǜ)和能耗的問題而沒有大規模使用,但與其他汙泥(ní)處理工藝聯合(hé)使用具有廣闊的(de)前景。汙(wū)泥作為建(jiàn)材利用的多(duō)項技術在世界先(xiān)進國(guó)家已經相對(duì)成熟,其中建築(zhù)磚塊、輕質材料以及水泥材料等技術,已經在日(rì)本、德國等國家開(kāi)始進行規模化生產應用或正在計劃大規模生產(chǎn)再利用。汙泥的其他處理處置方法如汙泥(ní)改性製吸附劑、製活性炭、用(yòng)作粘結劑(jì)、汙泥(ní)油化、降解氯代化合物都有一定的研究,但還(hái)處於探(tàn)索研究階(jiē)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(shù)路線[22],相關設備(bèi)的應用也趨於(yú)成熟,相關的法律法規及標準規範已比較完善。近年來,日本(běn)對汙泥處理處置技(jì)術路線進行(háng)了戰(zhàn)略調整(zhěng),逐漸轉(zhuǎn)向了汙泥(ní)資源化利用,汙泥焚燒灰分(fèn)也用於生產建築材料。綜上(shàng),歐美、日本等發達國家汙泥處理處置(zhì)的總體思路是汙泥的(de)資源(yuán)化利用,並將土地(dì)利用作為汙(wū)泥處置的主(zhǔ)要方式和鼓勵方向。因(yīn)此,厭氧消化、好氧發酵(jiào)、土地利用、建材製造等資源化處理(lǐ)處置技術將(jiāng)會是國際上汙泥處理處置的研究重點,在保證汙泥無害化的前提下,實現汙(wū)泥的較大程度的利用已經成為了國際汙泥(ní)處理處置領域發展的趨勢。4結語目(mù)前(qián),我國產生的汙(wū)泥約48.28%為土地利用、填埋34.48%、焚燒3.45%、13.79%未(wèi)進行合理處(chù)置,總體狀況以土地利用(yòng)形式為主,大部分用於農業。仍(réng)有大部分的汙(wū)泥沒有得到合理的處置,這將會對環境帶來潛在(zài)的危害(hài)。結合我(wǒ)國人口眾多、資源和能源相對匱乏的基本國情,汙泥的再利用技(jì)術非常(cháng)具有開發價值。可見汙泥的資源化和能源化利用將是國內汙泥行業未來重(chóng)要的發展方向。