城市污泥性質(zhì)和處理處置方法概覽

王藝凱

(山東省濰坊第四中學(xué),山東濰坊 261206)

我國污泥處理處理起步較晚,與國外發(fā)達(dá)相比,處理技術(shù)不成熟,污泥處理配套的污水處理廠并不多,并且隨著我國城市發(fā)展速度加快和環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的提高,污水處理量和處理程度逐年提高,污泥產(chǎn)生量也隨之上升,污泥的處理處置成為一個(gè)亟待解決的環(huán)境問題。一方面,污泥中含有豐富的有機(jī)物、無機(jī)鹽,可用作燃料、肥料等,具有很大的利用價(jià)值;而另一方面,污泥中也含有較多的重金屬、致病微生物和其他有毒有害物質(zhì),若處理不妥當(dāng),易造成二次污染。所以,如何完善污泥處理處置工藝,使得污泥處理本著循環(huán)利用、節(jié)能降耗、安全環(huán)保、穩(wěn)妥可靠、因地制宜的原則實(shí)現(xiàn)減量化、無害化、資源化的目標(biāo)是一個(gè)很重要的問題。

1 城市污泥性質(zhì)

1.1 城市污泥基本性質(zhì)

在生活污水和工業(yè)廢水處理過程中,會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)多的沉淀物和漂浮物。首先進(jìn)入污水處理廠的懸浮物,在一沉池形成初沉污泥;隨后,在活性污泥法處理污水的過程中,微生物利用其中的養(yǎng)分生長增殖,污泥量增加,產(chǎn)生了剩余污泥;最后在一些利用沉淀法去除污染物的過程中必定會(huì)產(chǎn)生大量污泥。污泥的成分比較復(fù)雜,除含有大量水分、多種微生物與其吸附的有機(jī)物和無機(jī)物外,還含有難降解的有機(jī)物、揮發(fā)性物質(zhì)、重金屬和鹽類,以及病原體和寄生蟲等。污泥的主要成分如表1所示。

1.2 城市污泥的肥分

城市污泥中富含很多植物所需的營養(yǎng)素、有機(jī)物和腐殖質(zhì)等,富含農(nóng)作物必須的氮、磷、鉀等肥料成分,使得污泥回用土地成為可行的處理處置方法。我國部分城市污泥中養(yǎng)分的含量如表2所示。

1.3 城市污泥的毒性和環(huán)境危害性

城市污泥中除了上述成分外,還含有重金屬、有毒有機(jī)物、致病微生物等有毒有害物質(zhì),這是污泥處理無害化的關(guān)鍵部分。

1.3.1 重金屬

城市污泥中的重金屬包括Cr、Cu、Mn、Hg、Cd、Pb、Sb等。重金屬性質(zhì)較穩(wěn)定,溶解度很小,難去除,容易在土壤、動(dòng)植物中積累,對(duì)動(dòng)植物造成危害,改變土壤微生物種群結(jié)構(gòu)以及影響土壤酶的活性,造成長期危害。

1.3.2 有毒有害有機(jī)物

隨著公眾環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)和污泥成分的深入研究,污泥中一些新型微量有毒有害有機(jī)物如苯、氯酚,多氯代二苯并二英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)(統(tǒng)稱二惡英)成為熱點(diǎn),這些有機(jī)物具有不易被生物降解、致癌性、生殖毒性、免疫毒性和內(nèi)分泌毒性、潛在危害性大的特點(diǎn)。

1.3.3 致病微生物

未經(jīng)消毒處理的城市污水處理廠污泥中含有大量的細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等,且這些微生物也會(huì)對(duì)水體、土壤等造成污染,使得相應(yīng)傳染病發(fā)生。污泥中存在的有毒有害物質(zhì)不容忽視,在污泥處置時(shí)要經(jīng)過無害化處理,防止其進(jìn)入食物鏈,對(duì)人類和動(dòng)物健康造成危害。

2 我國污泥產(chǎn)生和處理情況

根據(jù)《“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》數(shù)據(jù),目前全國污水處理設(shè)備的平均運(yùn)行負(fù)荷率84%左右。截至2015年末,我國脫水污泥年產(chǎn)量已經(jīng)超過2.6×107t。25%～65%的污水廠運(yùn)營投資費(fèi)用都用于污泥的處理與處置,這對(duì)污水處理廠是一種不小的開支。

表1 城市污泥成分

表2 我國部分城市污泥的養(yǎng)分含量

3 城市污泥處理處置工藝

污泥的最終處理處置方法有很多種,各國各地區(qū)之間也有較大差異,一般常見的處理處置方法為以下幾種：衛(wèi)生填埋、焚燒處理、回田利用、資源化利用和厭氧消化產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷等。污泥的最終處理應(yīng)朝著減量化、無害化、資源化的方向發(fā)展,避免二次污染的同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥利用價(jià)值的最大化。

3.1 衛(wèi)生填埋

針對(duì)我國污泥量大且經(jīng)濟(jì)實(shí)力不發(fā)達(dá)的現(xiàn)狀,衛(wèi)生填埋是一種折中的選擇,它投資少、容量大、見效快,通過將污泥與周圍環(huán)境的隔絕,可以最大限度地避免污泥對(duì)公眾健康和環(huán)境安全造成威脅,但隨著時(shí)間的推移也暴露出許多問題。

3.1.1 填埋方式

污泥填埋總體來講可分為單獨(dú)填埋和混合填埋兩種類型。

單獨(dú)填埋是指填埋過程中不添加任何改性劑而只填埋污泥的一種填埋過程。污泥單獨(dú)填埋的方式主要是溝填(將污泥挖溝填埋),在進(jìn)行溝填操作時(shí)每天填入污泥后都要進(jìn)行覆蓋,以控制臭氣,該方法更適于填埋一些不穩(wěn)定的或穩(wěn)定性較差的污泥。

混合填埋是指城鎮(zhèn)污水處理廠出廠污泥進(jìn)入垃圾衛(wèi)生填埋場與生活垃圾、泥土等物質(zhì)一起進(jìn)行衛(wèi)生填埋的污泥處置過程。污水廠脫水污泥的含水率在80%左右,不能滿足填埋作業(yè)的機(jī)械強(qiáng)度?；旌咸盥裉嵘勰嗟臋C(jī)械強(qiáng)度,添加改性劑?；蛘呓档臀勰嗟暮?脫水干化后與其他物質(zhì)混合填埋。

3.1.2 填埋的優(yōu)缺點(diǎn)

衛(wèi)生填埋對(duì)于我國這樣一個(gè)污泥量大且經(jīng)濟(jì)仍處于發(fā)展中的國家來說表現(xiàn)出一些很好的優(yōu)勢。其建設(shè)周期短,投資相對(duì)低廉,污泥降解速度快,管理方便,可以有效殺滅病原菌。且其中的重金屬總量會(huì)大大降低,提高穩(wěn)定性腐殖化程度提升。

而隨著環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的加強(qiáng)、大眾環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)污泥處理處置的深入研究,污泥填埋也暴露出一些缺點(diǎn)。

(1)對(duì)生污泥進(jìn)行單獨(dú)填埋時(shí),衛(wèi)生條件較差,臭味大,蚊蠅多,令操作人員難以忍受。

(2)污泥填埋的主要問題是強(qiáng)度不足,脫水污泥通過進(jìn)一步降低含水率和添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?污泥的強(qiáng)度可以提高,從而可以保證填埋體的穩(wěn)定和填埋操作的順利進(jìn)行,而各種添加劑對(duì)環(huán)境的影響仍需要進(jìn)行比對(duì)研究。

(3)污泥填埋需要以犧牲土地為代價(jià),大面積選址困難、運(yùn)輸距離增大,以及可能污染地下水等。

3.2 污泥焚燒

3.2.1 污泥焚燒方式

污泥焚燒工藝已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史,受到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境情況的多方面影響分化出了許多不同的工藝過程。但是總的來說有兩大類：一是直接焚燒,二是混合焚燒。

干化焚燒實(shí)際上是一種節(jié)能型處理工藝。目前城市污水廠產(chǎn)生的污泥直接入爐焚燒需要消耗大量的輔助燃料,運(yùn)行成本太高。需要采取相應(yīng)手段,降低污泥的含水率。例如可采用機(jī)械脫水后,再進(jìn)行焚燒。這樣就無需輔助燃料,即干化焚燒。污泥混合焚燒主要包括污泥和固體廢棄物混合焚燒、污泥和水泥聯(lián)合焚燒兩種方式。分別燃燒污泥和固體廢棄物的成本較高,而污泥與固體廢棄物混合燃燒可以降低成本。水泥與污泥聯(lián)合生產(chǎn)工藝是城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理近幾年興起的環(huán)保型處理方式,主要利用在生產(chǎn)水泥時(shí)的高溫效應(yīng)分解處理污泥。是一種較為清潔高效的處理技術(shù)。

3.2.2 污泥焚燒的優(yōu)缺點(diǎn)

采用焚燒法處理污泥主要有以下優(yōu)點(diǎn)。即無需遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,經(jīng)濟(jì)可靠;大大降低污泥體積與質(zhì)量,灰渣可以多方向利用。污泥大多可以無害化和穩(wěn)定化,減少了污泥中有害物質(zhì)對(duì)于土壤與水環(huán)境的二次污染。流程短、占地小,無需長期堆放,產(chǎn)生熱能,一定程度上“自產(chǎn)自銷”,用于焚燒廠本身的發(fā)電與供暖。

污泥焚燒也存在一些問題。即設(shè)備復(fù)雜,運(yùn)行成本較高。重金屬成分隨飛灰擴(kuò)散,對(duì)大氣環(huán)境造成污染。前面所講,污泥焚燒前需要預(yù)處理降低含水率,有前處理費(fèi)用。且當(dāng)污泥重金屬及有毒物質(zhì)含量高時(shí)是不能作為農(nóng)業(yè)用途的。大城市衛(wèi)生要求高,用地緊缺,污泥自身的燃燒熱值高時(shí),有條件與城市垃圾混合焚燒,或與城市熱電廠混合焚燒時(shí)都可考慮采用污泥焚燒處理,但要做好相應(yīng)的防護(hù)措施。

3.3 土地利用

3.3.1 污泥的土地利用

污泥的土地利用是指污泥經(jīng)過無害化處理后用于園林綠化、農(nóng)田、鹽堿地改良等。近年來利用污泥制成肥料并施用農(nóng)田作物或花卉植物等,取得了顯著效果。

3.3.2 土地利用的優(yōu)缺點(diǎn)

污泥的土地利用操作簡便、投資低。污泥中含有氮、磷、鉀及大量的有機(jī)物,對(duì)土壤的生物、化學(xué)及物理性質(zhì)具有一定的改良作用。污泥部分替代化肥,減少溫室氣體的排放量。

污泥土地回用的主要問題是污泥中含有較多的有毒有害物質(zhì),一般的無害化處理很難將其除去,一旦進(jìn)入土壤會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。重金屬慢慢滲透擴(kuò)散進(jìn)入土壤,隨之為作物、植物或者土生微生物吸收,進(jìn)入生物鏈。污泥制肥加工成本較高、溢價(jià)能力有限,以及管理部門的謹(jǐn)慎態(tài)度,使得城市污泥農(nóng)用產(chǎn)品出路上受到一定的限制。

3.4 材料化

污泥建材利用是污泥資源化方式的一種,其技術(shù)簡單,產(chǎn)品可銷往市場。污泥材料化主要是用于制磚、制輕質(zhì)材料和水泥等。目前所應(yīng)用的污泥制磚方法主要有兩種,即焚燒灰制磚和直接制磚。污泥還可用于制陶粒等輕質(zhì)材料。應(yīng)用比較廣泛的是污泥制水泥。

3.5 污泥厭氧消化

3.5.1 污泥厭氧消化過程

厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進(jìn)行厭氧生化反應(yīng),分解污泥中有機(jī)物質(zhì)的一種污泥處理工藝。該過程是由多種微生物參與的復(fù)雜過程,目前對(duì)厭氧消化的原理較為全面的闡述為Bryant提出的三階段理論和Zeikus提出的四種群理論。

根據(jù)厭氧消化的工藝運(yùn)行形式,分為兩相消化和兩級(jí)消化。目前國內(nèi)外仍以兩級(jí)厭氧消化運(yùn)行為主。

3.5.2 污泥厭氧消化的優(yōu)缺點(diǎn)

在眾多的污泥處理方法中,厭氧消化由于其高效的能量回收和較低的環(huán)境影響,是目前國際上應(yīng)用最為廣泛的污泥穩(wěn)定化和資源化的處理方法。其通過創(chuàng)造厭氧環(huán)境,分解污泥中的有機(jī)質(zhì),穩(wěn)定化污泥,打破大分子,有利于后續(xù)脫水。厭氧消化后,污泥中有機(jī)質(zhì)更有利于土壤的吸收,且可用于電廠的輔助燃料提供能量,回收利用。更值得一提的是,厭氧消化產(chǎn)生較多的沼氣,可作為清潔能源燃燒發(fā)電。因此,污泥厭氧消化技術(shù)提升了污泥的回收價(jià)值,產(chǎn)生清潔能源,在能源日益緊張的中國具有較強(qiáng)的運(yùn)用前景。

污泥厭氧消化在減量化、資源化等方面發(fā)揮著很好的效果,但在我國的應(yīng)用并不廣泛,主要存在進(jìn)泥含砂渣量大、污泥中有機(jī)質(zhì)含量偏低和產(chǎn)氣量不高的問題。

4 結(jié)語

近年來,污泥量隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量要求的提高不斷上升。污泥主要成分是有機(jī)物、無機(jī)鹽和微生物,這使得污泥燃燒和回用到土地成為很好的途徑,但是其中的有毒有害有機(jī)物和致病微生物也是污泥處理處置中的一個(gè)瓶頸。我國現(xiàn)階段主要的污泥處置方法有衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、土地回用、材料化和厭氧消化等,這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn),在選擇工藝時(shí)要充分考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性,努力實(shí)現(xiàn)減量化、無害化、資源化的目的。

[1] 王社平,程曉波,劉新安,李立軍,等.污水處理廠污泥處理過程中的潛在危害分析[J].市政技術(shù),2015,(2)：164-168.

[2] 姜玲玲,孫蓀.我國污泥處理處置現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2015,23(3)： 13-17.

[3] 朱英,趙有才,李鴻江,等.城鎮(zhèn)污水處理廠污泥填埋方法與技術(shù)分析[J].中國給水排水,2010,26(20)：12-15.

[4] 趙樂軍,戴樹桂,辜顯華.污泥填埋技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J].中國給水排水,2004,20(2)： 27-30.

[5] 張?jiān)葡?王瑞,王立彤,郭淑琴,等. 填埋方式對(duì)污泥填埋穩(wěn)定性的影響[J].中國給水排水,2011,27(11)：75-77.

[6] 易慶國,伍淳明,尹賢軍,等.一種城鎮(zhèn)污泥處理處置資源化綜合利用新技術(shù)[J].中國給水排水,2014,30(18)：71-73.