國內外汙泥處置技術及未來發展趨(qū)勢
隨(suí)著我國社會經濟和城市化的發展,城市(shì)汙水處理(lǐ)廠正如雨後春(chūn)筍般的在全國各城市建成並投(tóu)入(rù)運行(háng),這固然對防治我國的水汙染問題起到了積極作用,但一個潛在的問題隨之產生,即汙(wū)泥的處置與處理問題。汙泥(ní)是汙水處(chù)理後的附屬品,由(yóu)於汙水處理量的增(zēng)加,必然(rán)導致汙泥數量的增加,而汙(wū)泥處理和處置技術在我國還剛剛起步,並且汙泥(ní)中含有大量的有害物質(重金屬)及細菌、各種寄生蟲卵、大量的病原微生物等。因此,了解國內外汙泥研究現狀及進展,對尋找合理的汙泥處理、處置方式,並充(chōng)分利用汙(wū)泥中(zhōng)的資源,使之達到(dào)減量化、穩定化、無害化和資源化具有重要的現實意義。1汙泥處理與處置技(jì)術從目前國際上已建成運行的汙泥處理(lǐ)處置項目來看,常見的汙泥處理方式有(yǒu)好氧發酵(堆肥)、厭氧消(xiāo)化、幹化、焚燒。汙泥處置方式有土地利(lì)用、填埋、綜合(hé)利用(yòng)。由於國(guó)情不同,各國采用(yòng)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的一(yī)項新的(de)生物處理(lǐ)技(jì)術,在實際應用(yòng)中可以達到無害化、減量化、資(zī)源化的效果,並且具有經(jīng)濟、實用不需外(wài)加能源、不產生二次(cì)汙染等特點。目前,國內外研究學者針對堆肥過程中的(de)條件控(kòng)製、重(chóng)金(jīn)屬控製、保氮技術以及技術工藝方麵進行(háng)了大(dà)量的研究,取得(dé)了很(hěn)多有價值的成果。汙泥好氧(yǎng)發(fā)酵技術經過近(jìn)幾十年的發展,取得了很(hěn)大的進步,但在技(jì)術理論(lùn)和工藝上還存(cún)在一些瓶頸,如需要大量輔料、臭氣控製難、存在人(rén)畜健康安全風險等,好氧發酵技術仍有很大的提高潛力。1.2厭氧消化汙泥厭氧消(xiāo)化是(shì)指在無氧條件(jiàn)下,由兼性(xìng)菌和(hé)厭氧菌將汙泥中可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水(shuǐ)等穩定物質,同時減小汙泥體積,去除臭味,殺死寄(jì)生蟲卵,回收利(lì)用消化過程中產生的沼氣的過程。汙泥厭氧消(xiāo)化(huà)以其高(gāo)效的(de)能量回收和較低的(de)環境(jìng)影響是目前國(guó)際上應用廣泛的汙泥(ní)穩定化和資源化的(de)處理方(fāng)法。國際上眾多學者一直致力(lì)於厭氧(yǎng)消化技術(shù)的研究,並使其獲得了(le)廣泛的應用和長足的(de)發展。總體來說,汙泥厭氧消化技術在我國尚未取得突破性(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(jiào)差,沼氣(qì)利用(yòng)環節存在障礙,共同構成了該技術(shù)在(zài)國內推廣(guǎng)應用的限製因素。1.3幹化(huà)焚(fén)燒汙泥焚(fén)燒是指在空氣供給過量的條件下,將(jiāng)汙泥加熱,並在高溫(850~1100℃)下(xià)氧化、熱(rè)解並徹底破壞其中的有機物和病原體等物質的方式(shì)。焚(fén)燒裝置有多種型式,目前使用較多的有豎式多(duō)級焚燒爐、轉筒式焚燒爐(lú)、流化焚燒(shāo)爐等(děng)。為了實現節能目的,需要將(jiāng)汙(wū)泥先(xiān)幹化,大幅降低其含水率後(hòu)再進行焚燒。因此,目前的汙泥焚燒工程一般采用幹化和焚燒聯用的處理工藝。1.4土地利用土地利用是(shì)指將汙泥直接或間接(經過好氧發酵或厭氧消化後)用於農田、菜地(dì)、果園、草坪(píng)、綠化以及土壤(rǎng)改良,或將達到一定標(biāo)準的汙(wū)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泥質要求的汙泥直接或好氧(yǎng)發(fā)酵後用於綠化、土(tǔ)地修複等。研究(jiū)內容主要集中在汙泥的穩定化(huà)和無害化土(tǔ)地利用方法、汙泥(ní)的肥效和對農作物的增產價值等方麵,在汙泥對土壤質量、植物(wù)等的潛在影響以及汙(wū)染控製(zhì)方(fāng)麵也進行了相關研究。1.5海洋傾倒海洋傾倒操作簡單,對於沿海城市來說其處理(lǐ)費用(yòng)較低(dī),但是,隨著生態環境意識的加強,人們越來越多地關注汙泥海洋傾倒對海洋生態環境可能存(cún)在的影響。美國於1988年已禁止汙泥海洋(yáng)傾倒,從1998年底,歐共體城市廢水處理法令(91/271/EC)已經禁止其成員國向海洋傾倒汙泥。中國政府於(yú)1994年初接受(shòu)3項國際協議,承諾(nuò)於(yú)1994年2月20日起(qǐ)不在海上處置工業廢物和汙水汙泥。1.6衛生填埋汙泥衛生填埋始於20世紀60年代,填埋(mái)操作簡(jiǎn)單、費用低、適應性強汙泥(ní)可單獨或與其他固體廢棄物(如城市垃圾等)一起填埋。但存(cún)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(shuǐ),必須收集處理以防止二(èr)次汙染;填埋場壓實(shí)機械工作(zuò)難度加大(dà);填埋場的衛生狀況惡劣。2國內外(wài)汙泥處理現狀2.1國外汙泥處理與(yǔ)處置現狀國外的城市汙水汙泥處理與(yǔ)處置已經有近100a的曆史,無論是進行有效利(lì)用還是進行(háng)填埋處置,汙(wū)泥處理的目的與其他廢棄物的(de)處(chù)理一樣,皆是以減量化、穩定化、無害化和資源化為目的。要(yào)達到這一目的,必須通過各種機械和各種處理(lǐ)構築物的有機結合,組(zǔ)成汙泥處理、處置(zhì)係統。汙泥處置的基本步(bù)驟為:濃縮、脫水、幹燥、焚燒等(děng),這(zhè)些操作均能(néng)起到濃縮汙泥的作(zuò)用。通常情況下國外城市汙泥處理係統(tǒng)工藝流程一般有下(xià)列4類:(1)原汙泥→濃縮→脫水(shuǐ)→處置脫水濾餅;(2)原汙泥→濃縮→脫水(shuǐ)→焚燒→處置灰分;(3)原汙泥(ní)→濃縮→消化→脫水→處置脫水濾餅;(4)原汙泥(ní)→濃縮→消化→脫水→焚燒(shāo)→處置灰分。根據日本(běn)對(duì)318個汙水處(chù)理廠的統計,汙泥處(chù)理方式(1)占34%;方式(2)占8.8%;方式(3)占26%;方式(shì)(4)占5.7%。日本汙泥(ní)終處置主要方法是焚燒,約占汙泥處置總量的55%。據美國環保署估計,自從1972年政府頒布水淨化條例以來,汙(wū)泥量逐年快速地增加,2010年達到820萬t。在英國,根據資料,汙水(shuǐ)處理產生(shēng)的汙泥年產量為110.7萬t幹汙泥英國汙泥終處(chù)置的主要方法是(shì)農用(yòng)(占46.6%),其次為汙泥排海(占33.5%)。隨著環(huán)境(jìng)問題的日益嚴重,歐共體在協定(dìng)中(zhōng)規定汙水汙泥排海的期限為1998年12月31日,這(zhè)意味(wèi)著英國將有33.5%的(de)汙(wū)泥轉向陸地處置。目前英國用於填埋所占比例較小,隻占汙泥(ní)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(tián),是英國汙泥(ní)處置的發(fā)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(yīng)國以農用(yòng)為主,西歐(ōu)以汙泥(ní)填埋為主,日本以焚燒為主,而澳大利亞以汙(wū)泥填埋(mái)和投(tóu)海為主。歐盟國家對汙泥處(chù)置(zhì)的發展趨勢進行綜合分析,由於可使用(yòng)土地麵積、處理成本、越來越嚴格的環境標準以及資源回收(shōu)政策的普及,同時考慮到未來10a到20a間汙泥性質的巨大(dà)變化等因素,2005年歐盟各國(guó)采(cǎi)用汙泥處置方式的比(bǐ)例為:回收(shōu)利用占45%,焚(fén)燒(shāo)占38%,填埋占17%。2.2國內汙泥處理處置現(xiàn)狀(zhuàng)我(wǒ)國一些中小城市基本上沒有建(jiàn)造(zào)汙水處理設施,即使有汙水處理廠的大(dà)中城(chéng)市,其汙(wū)泥處理設施90%以上不配套。已建成的汙水處理廠中,汙泥未經(jīng)任何(hé)處理就(jiù)直接(jiē)農用的(de)占70%以上。既使在設有消化池的汙(wū)水(shuǐ)處理廠(chǎng),消化後的汙泥也隻是稍加脫水後就直接農用,很難符合汙泥農用衛(wèi)生標(biāo)準,汙泥處置技術比發達國家(jiā)較落後。汙泥處理工藝從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(ní)濃(nóng)縮、穩定、脫水、處置4個主要過程。目前(qián),我國已開始將汙水處理廠汙泥(ní)用於土地填埋和城市綠化,並將汙泥(ní)作基質,製作複合肥(féi)用(yòng)於農業等。但(dàn)總的狀況還是(shì)以汙泥土地利用的形式為主,將汙泥用於農業。由於國內在汙泥管理方麵對汙泥所含病原菌、重金屬和有毒有機(jī)物等理化指標及臭(chòu)氣等感官指標(biāo)控製的重視程度還不夠高(gāo),因此限製了對(duì)汙泥的進一步處置利用。國內(nèi)汙(wū)泥處置技術所占的比例為:農業利用占44.83%,土地填埋占31.03%,無汙泥處置占13.79%,綠(lǜ)化占3.45%,焚燒占3.45%,與垃圾(jī)混合填埋占3.45%。國內的汙(wū)泥有13.79%沒有作任何處(chù)置,這將對環境帶來巨大危害。汙泥散發的臭氣汙染嚴重,病原菌對人類健康產生潛在威脅,重金屬和有毒有害有(yǒu)機物汙染地表和地(dì)下水係統(tǒng)。造成這種現象的原因有:由於國內汙泥處(chù)、理(lǐ)處置的起步較晚,許多城市沒有將汙(wū)泥處置場所納入城市總(zǒng)體規劃,造成很多汙水處(chù)理廠難以找到合適的汙泥處置方(fāng)法和汙泥(ní)棄置場所;我國汙泥利(lì)用的基礎薄弱,人們(men)對汙泥利用的認識存在嚴(yán)重不足,對汙泥的終處(chù)置問題缺乏關注,給一些有害(hài)汙泥(ní)的終(zhōng)處(chù)置留下了隱患;汙泥利(lì)用率不是(shì)很高,仍有一(yī)部(bù)分的汙水處理廠汙(wū)泥隻經儲存即由環衛部門(mén)外運市郊直接堆放。汙泥的隨意堆放很容易產生二次汙(wū)染,並造(zào)成汙泥資源的浪費。因此(cǐ)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(zēng)長的汙(wū)水汙泥。3汙泥處理與處置技術發展趨(qū)勢近年來,還出現了一些新興技術,如汙泥的(de)等離子體處理(lǐ)技(jì)術正(zhèng)逐漸應用於城市有機廢棄物的處理,瑞典(diǎn)、美國、德國、日本等(děng)國已建起了一定規(guī)模的等離子體處理廠,近年來在我(wǒ)國也有所發展。新發展起來的超聲波汙(wū)泥處理技術,由於聲能利用效率和能耗的問題(tí)而沒有大規模使用,但與其他汙泥處理工藝聯合使用具有廣闊的前景。汙泥作為(wéi)建材(cái)利用(yòng)的多項技術在世(shì)界先進國家已經相對成熟,其中建築磚塊(kuài)、輕質材料以及水泥材料等技術,已經在日(rì)本、德國等國家開始進行規模化生產(chǎn)應用(yòng)或正在計劃大規模生(shēng)產再利用。汙(wū)泥的其他處理處置方法如汙泥改性製吸附劑(jì)、製活性炭、用作粘結劑、汙泥油化、降解氯代化合物都有一(yī)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(zhì)技術路(lù)線[22],相關設備的應用也趨於成熟,相關(guān)的(de)法律法規及(jí)標準規範已比(bǐ)較完善。近年(nián)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(le)汙泥資源化利用,汙泥焚燒灰分也用於生產建築材料。綜(zōng)上,歐美、日(rì)本等發達國家汙泥處理處置的(de)總體思路是汙泥的資源化利(lì)用,並將土地利用作(zuò)為汙泥處置的主要方式和(hé)鼓勵(lì)方向。因此,厭氧消(xiāo)化、好(hǎo)氧發酵(jiào)、土地利用、建(jiàn)材製造等資源化處(chù)理處置技術將會是(shì)國際上汙泥處(chù)理處置(zhì)的研究重點,在保證汙泥無害化(huà)的前提下,實現汙泥的較大(dà)程度的(de)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(wū)泥約(yuē)48.28%為土地利用、填埋34.48%、焚燒3.45%、13.79%未進行合理處置,總體狀況以土地利用形式為主,大部分用於農業。仍(réng)有大部(bù)分的汙泥沒有得到合理的處置,這(zhè)將會對(duì)環境帶來潛在的危害。結合我國人口眾多、資(zī)源和(hé)能(néng)源相對匱(kuì)乏(fá)的基本國(guó)情,汙泥的再利用技術非常具有開發價值。可見汙泥(ní)的資源化和能(néng)源化利(lì)用將是國內汙泥行業未(wèi)來重要的發展(zhǎn)方向。