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城市污水厂污泥资源化处理之路

  [摘 要] 分析了目前污泥处理、处置中存在的问题, 通过对污泥特性的再认识和对原有技术路线的反思, 提出以无害化为主导、在坚持安全、环保的原则下实现污泥的资源化是我国今后污泥处理与处置的新思路。
  [关键词] 城市污水处理厂 剩余污泥 污泥焚烧
  随着世界工业化和城市化的不断发展,污泥的产量与日俱增。截至2008年3月底,我国已有1320座城市污水厂投入运营,处理能力达9725万吨/日,污泥年产量达532万吨干重,折合含水率80 %的湿污泥为2662万吨[1]。目前,全国每年产生含水率80 %的污泥约3000万吨左右。预测到2015年,我国城市污水处理厂的数量将达到2000座以上,污水处理能力将达到2亿吨/日,污水处理率将达到80 %以上,这意味着未来几年内,我国城市污泥的产生量将成倍地增长。
  污泥含有大量的有机物和丰富的氮磷等营养物质,以及重金属、盐类、致病菌和寄生虫等有害成分,处置不当将会引发环境卫生和污染问题。污泥随意抛弃、倾倒, 没有得到妥善的处置引起的二次污染问题已不容忽视。
  1. 污泥的传统处理处置技术
  污泥处理处置的通常做法是经过浓缩、稳定和脱水等预处理后再土地利用、卫生填埋、焚烧和投海等[2-4]。其中,土地利用是将污泥用于农田施肥,垦荒地、贫瘠地受损土壤的修复及改良,园林绿化建设,森林土地施用等;卫生填埋始于20 世纪60年代,是把污泥运到土地填埋场的限定区域内压实,再在其上覆盖土壤,种植绿色植物;焚烧是在高温条件下将污泥中的有机质完全氧化的过程;而投海是未对污泥进行任何实质性处理便将其直接倾倒入海洋的方法。传统的污泥处理处置技术的优缺点详见表1所示。
  在我国,尽管污水处理水平得到快速发展,但污泥的处理处置技术却发展迟缓。相比于发达国家污水、污泥处理处置同步进行的发展水平,我国的污泥处理处置还有很大差距。传统的污泥处理处置工艺费用高昂,通常占到污水处理总操作成本的50~60 %左右[5],高昂的污泥处理处置费用给污水处理厂带来了巨大的经济压力;而且传统的污泥处理处置技术都存在一定的局限性。因此,开发污泥无害化、减量化、资源化处理新途径是各国研究者努力的目标。
  表1 传统污泥处理处置技术特点
  处理处置技术 优点 缺点
  土地利用 能耗低,可回收利用污泥中营养物质 重金属等污染物能进入食物链威胁人类健康
  填埋 投资少,容量大,见效快 渗漏对地下水造成污染,产生的甲烷气体有温室效应
  焚烧 体积和重量可以大大减少,残渣无菌、无臭,产生的热量可以利用 产生二氧化硫、二恶英等气体,耗资大、设备复杂、技术水平要求高
  投海 操作简单,对于沿海城市来说其处理费用较低 重金属元素通过食物链对人类甚至生态系统造成严重的后果,N、P等元素极易导致赤潮
  2. 污泥的资源化开发
  污泥的性质是污泥处理处置与利用技术措施选择的依据之一。污泥主要由有机物和丰富的氮磷等营养物质,以及重金属、盐类、致病菌和寄生虫等成分组成。其中,有机物达300~600 g/kg、氮和磷分别达10~40 g/kg和6~15 g/kg。可见,污泥中含有大量的可回收利用资源。因此,在目前污泥处理处置技术受限制的情况下,如何使污泥减小危害甚至使原本看似无用的污泥创造出经济效益,越来越成为人们关注的焦点。同时,随着可持续发展的社会需求和政府的政策扶持,当今固体废物处理处置的重心已从无害化、减量化转向资源化开发。
  2.1 堆肥
  堆肥是人为地将污泥中可降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。污泥可以单独堆肥,也可以和木屑或者城市垃圾一起堆肥。堆肥过程所需的氧气可以通过定期机械翻动混合堆肥和强制通风的措施来实现。堆肥后的污泥物料疏松、分散,呈细粒状,便于储藏、运输,可用作土壤的改良剂。经过堆肥后的污泥施用于土地,一方面可以利用土壤的自净能力使污泥进一步稳定;另一方面也能为植物提供营养元素,改善土壤性质,提高土壤肥力。
  2.2 制活性炭
  污泥中含有大量的有机物,具备了制备活性炭的客观条件。目前,污泥炭化方式除了传统的高温炭化处理,也有用工业废弃的硫酸来催化炭化。污泥活化方式以高温水蒸气物理活化和ZnC12化学活化为主。由于受污泥含炭量的限制,污泥活性炭的质量低于传统商品活性炭,其碘值为177~700 mg/g,但用其处理有机废水时,化学需氧量吸附容量和吸附平衡时间优于商品活性炭。尽管受污泥活性炭中重金属的影响,其应用场合有限,但在一些消耗碳的气体净化场合,其应用比传统的活性炭更经济。而且,污泥活性炭如果不再生,可以考虑烧掉,同时可固化其中的重金属,因此有一定的应用前景。
  2.3 建材利用
  污泥中除了有机物和重金属外,还含有20 %(占污泥干重)左右的硅、铁、铝、钙等元素。污泥的建材利用主要是指以污泥为原料制造各种建筑材料,例如污泥水泥和生物陶粒,无需依赖土地作为污泥最终消纳的归宿,同时还有可能替代一部分用于建筑的原材料,但由于成本和商品流通上的问题,还没有得到广泛的应用。
  (1) 制砖
  污泥制砖,是在制砖原料组分中掺配一定比例的污泥,利用污泥代替部分黏土等有用资源。上海市某砖瓦厂,生产中原料70 %以上利用河道淤泥、污水处理厂的污泥和煤渣等,生产环保型烧结多孔砖,实现综合利废,环保节能的目标[20]。浙江富阳市采用添加20 %污泥为原料,生产的环保轻质保温砖比同体积的黏土砖轻约15 %左右,保温隔热性能好,还能实现建筑节能50 %的目标。目前,国外已经开发了几种烧结工艺,如轻质混凝料、砖、连结的大型屋面槽瓦、炭和炉渣等。这些工艺在日本已经成功地运行达10年之久[6]。
  (2) 制生态水泥
  一般情况下,污泥中的灰分及其化学特性与粘土接近,因此从理论上污泥可替代30 %的粘土原料参与水泥的生产。污泥焚烧灰所含成分与波特兰水泥成分类似,经加入少量石灰后,可煅烧成灰渣水泥,其强度符合美国材料与试验协会建工水泥规范。近年来,日本利用污泥为原料生产水泥获得成功;用污泥原料生产的水泥叫做“生态水泥”,2001年建成世界上第一座“生态水泥厂”,年设计能力为11×104吨,污泥加入量为5 %左右。另外,日本秩父小野田水泥公司和中国上海新型建材研究开发中心,分别研制成了利用污泥生产生态水泥的技术[7]。



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