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國外城市汙泥處理處置方式對我國的啟示

發布時間: 2018-07-29 10:49   957 次瀏覽

市汙水處理場汙泥主要包括柵渣、沉砂池沉渣、浮渣、初沉池汙泥、二沉池剩餘活性汙泥。其中柵渣和沉砂池沉渣多為粒度較大的無機固體顆粒物,一般作為垃圾處理,初沉池汙泥和二沉池剩餘活性汙泥有機質含量高,初沉池汙泥含有病原體和重金屬化合物,二沉池生物汙泥基本成分為微生物體,易腐化變質,需回收利用妥善處置。汙泥成分複雜,除上述物質外,還含有大量氮、磷和多種微量元素及有機質,也可能含有有毒有害、難降解的有機物等物質,若處置不當,可能對生態環境造成極大危害。


1國內外汙泥處理處置現狀


1.1國外汙泥處理處置


目前國內外汙泥處置方法主要有汙泥焚燒、衛生填埋、土地利用。表1是汙泥常用的處置方法在幾個國家所占比例的對比。


表1 各國汙泥處理處置



1.2我國汙泥處理處置現狀


我國早期汙泥產量低且成分簡單,經簡單處理後作為農肥。20世紀80年代,城市汙水處理場得到了長足的發展,但汙水處理過程產物——汙泥,大多經簡單處理後進行農田利用和堆放消納。20世紀90年代以後,隨著汙水處理量的增大,汙泥產量劇增,我國隨即展開汙泥處理處置方案研究,經十多年的實驗,現已有了汙泥衛生填埋、土地利用和焚燒等傳統處理處置方法,也有製肥、製作建築材料、製混凝土輕質骨粒等新型處理方法的示範項目。


目前,國內汙泥處理處置技術所占的比例如圖1所示 。


圖1 中國汙泥處置情況



2 國內外汙泥的處理處置方法的分析與對比


2.1焚燒處理在各國的應用


汙泥燃料化即汙泥焚燒。是利用汙泥含有的有機成分較高(約占70%-80%),具有一定熱值等特點來處置汙泥。汙泥焚燒技術優勢在於其處理的徹底性,減量率可達到95%左右,處理速度快,汙泥中有機物被完全氧化,重金屬(除汞外)幾乎全被截留在灰渣中。汙泥焚燒過程所產生的能量可以用於發電和供熱,而焚燒灰具有吸水性、凝固性,還可以用於製作建築材料。在日本,該方法已占汙泥處理總量的55%以上、歐盟也在10%以上。


汙泥焚燒也存在問題,首先汙泥熱值較低,同時汙泥內在水分較難去除,影響燃燒穩定性,還有汙泥焚燒及其係統如何滿足環保要求,避免二次汙染產生,例如如何避免產生二噁英也是目前焚燒技術麵臨的一個難題。再有焚燒的價格昂貴,從國外的情況看,焚燒投資以及運轉與維護費,是其它工藝的2—4倍。


在歐盟汙泥海洋棄置被禁止,汙泥填埋越來越受限製時,經濟發展水平相對落後的成員國如希臘、葡萄牙等國家,由於汙泥焚燒的成本高,也沒有選擇或很少選擇使用焚燒方式處置汙泥。在我國也僅是東部沿海一些發達城市如廣州存在汙泥焚燒處理,且有嚴格的技術和標準限製。


我國與日本相比,我國的國土麵積遼闊,但經濟發展落後,這就決定了我國不能像日本那樣大範圍的使用焚燒技術處理汙泥。但是,汙泥焚燒發電是***能實現汙泥處理的減量化與資源化的,相信隨著科學技術的進步汙泥焚燒處理必將有更好的發展。


2.2汙泥衛生填埋在各國的應用


汙泥衛生填埋是發達國家早期處理汙泥的一種方式,現在隨著技術的發展汙泥填埋問題***突出也備受爭議。現在隨著人口增加,土地資源匱乏,而汙泥的衛生填埋需占用大量土地、耗費可觀,使其應用受到製約;由於汙泥的含水率高,加劇了垃圾填埋場滲瀝液的產量,汙泥中含有的各種有毒有害物質易汙染地下水,現在大部分和垃圾混合填埋的垃圾場存在拒收汙泥的現象;另外,因高含水率汙泥易引起填埋堆體的整體層移動滑坡,影響填埋場安全,同時,由於汙泥含水量高,顆粒細,透水性差,極易造成滲濾液和填埋場氣體收集係統的嚴重堵塞,使滲濾液無法排出,沉積的甲烷氣體越來越多,填埋場將成為一顆“定時炸彈”。因此汙泥填埋技術並沒有***終避免環境汙染問題,而隻是拖延了汙染產生的時間,沒有從源頭上、根本上解決汙泥處置問題,也沒有利用到汙泥作為一種生物固體資源的價值,這就決定了汙泥填埋技術不可能作為一種清潔、資源化處置技術而在未來得到發展。


Biocycle雜誌調查表明:美國汙泥的主要處置方法是循環利用,而汙泥填埋的比例正逐漸下降,美國許多地區甚至已經禁止汙泥地方填埋;1999年歐盟的固體廢棄物土地填埋法令(於2006年起實施),要求所有歐洲國家用於土地填埋的固體廢棄物中有機物含量必須逐年遞減,其中汙水廠汙泥也是該法令規定的固體廢棄物種類之一。根據歐盟的統計數據表明,由於法規政策的導向作用使汙泥處置方式有了很大的變化,汙泥填埋所占比例大幅度下降(從1997年的41%下降到2003年的7%)。歐盟成員國中,法國、德國、比利時、荷蘭、盧森堡、愛爾蘭等國家汙泥填埋有逐年下降的趨勢。法國汙泥填埋的比例由1992年的20%下降到1998的11%,2005年法國禁止汙泥填埋。


相對我國汙泥填埋的現狀,現在可供填埋的場地已十分有限,不少城市很難找到新的填埋場;根據現在發達國家的汙泥處理處置技術的發展,相信在未來我國的汙泥填埋量必將大幅度減少,而轉向對汙泥綜合利用更加合理的處置處理方式。


2.3土地利用在各國的應用


汙泥土地利用是汙泥分散消納的一種方式,是指通過覆蓋、噴灑、注射等方式,將汙泥作為一種有機肥料或土壤改良劑,施入土壤表麵或土壤中,以達到改善土壤性質,提高土壤綜合肥力的目的。所有將汙泥歸還於土地的利用方式均可稱為汙泥的土地利用,可以有多種方式:農田利用、林地利用、園林綠化利用以及退化土壤的修複等。


德國1990年汙泥農用比例30%左右,增加到1998年的近70%,在短短的8年內汙泥農用提高了一半多,同時當英國在歐盟禁止汙泥海洋處置時選擇汙泥土地利用來消納不能海洋處理的大量汙泥,這些足以證明汙泥土地利用是見效快,容量大的處理汙泥的途徑。而目前我國正處在汙水處理率大幅提高,汙泥產量猛增的階段,汙泥土地利用是解決這一狀況的******辦法。


通過對各國汙泥處置方法的分析與對比,結合我國實際情況,現階段適合我國國情的汙泥處置方法主要是汙泥的土地利用。在建國初期我國土地肥料90%是有機肥料,而隨著經濟發展土地的肥料更多的來源於化肥,有機肥料所占比重日益下降,這使我國土地的土質惡化,土壤肥力降低;據第二次全國土壤普查結果顯示,我國中低產更低土壤所占比例大,耕層薄、結構差、缺乏有機質的耕地3290.0公頃,缺氮的耕地3305.0公頃。約占耕地麵積的35%;缺磷耕地6726.6公頃,占耕地麵積的70.7%。因此,在土壤質量嚴重下降的形式下,如何解決用地與養地的矛盾,增加有機肥料,維持土壤生態係統物質平衡,是農業發展急需解決的問題。近些年來國家實施了秸稈還田來彌補使用化肥帶來的副作用;現在作為富含有機質的汙泥如果能大量的土地利用,也必將對改善我國土壤的土質起到一定作用。我國是一個發展中的國家,又是個農業大國,汙泥農用是一條重要的汙泥處置途徑。


表2列出了我國部分城市的汙泥的有機物和營養物質含量以及與美國和豬廄肥的對比,從表中可以得出汙泥完全可以作為有機肥料來使用。


表2 中國部分城市汙水處理廠的汙泥所含營養物質(%)-



此外,我國在2007~2009年之間相繼出台了CJ 248-2007 《城鎮汙水處理廠汙泥處置 園林綠化用泥質》、CJT 289-2008 《城鎮汙水處理廠汙泥處置 製磚用泥質》、CJT 291-2008 《城鎮汙水處理廠汙泥處置 土地改良用泥質》、CJ/T 309-2009 《城鎮汙水處理廠汙泥處置 農用泥質》一係列標準,這也使我國汙泥在土地利用上有參考標準,也必將推動汙泥土地利用的進一步發展。


與此同時,汙泥 土地應用的過程中也存在一些需要特別注意的問題,應該加強汙染控製與管理。


3汙泥土地利用要注意的問題


3.1重金屬汙染及其控製


2006年,中國科學院地理科學與資源研究所從全國範圍內選取了107個城市汙水處理廠的汙泥樣品,測定其重金屬含量。結果表明,中國城市汙泥中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量,與2001年以前的調查結果相比總體上呈下降趨勢,與我國《農用汙泥中汙染物控製標準》相比,當前我國城市汙泥重金屬的超標率很低,我國城市汙泥中的重金屬汙染風險並不高,絕大部分可以經過無害化處理後進行土地利用。表3是我國汙泥土地利用重金屬的控製和其他幾個國家的對比,其中可以看出我國對施用汙泥重金屬的控製還是相對嚴格的。


為了減輕汙泥中重金屬對植物生長的不利影響可從兩方麵考慮,一是使汙泥中重金屬轉化為穩定形態,即將其固定或鈍化,二是去除汙泥中重金屬如重金屬瀝濾,主要通過降低汙泥pH值將汙泥中重金屬轉化為溶解態,瀝濾到液相中,然後通過固液分離而去除。通過近些年研究發現堆肥處理可鈍化城市汙泥中的重金屬,降低其土地利用中重金屬的汙染風險。


我國在汙水汙泥中重金屬與有機汙染物這兩個領域的研究還有很多工作要做,包括汙泥中有機汙染物和重金屬的表現形式,以及汙泥處理過程中它們的變化及對土壤—汙泥係統的影響。汙泥質量還取決於汙水廠處理的汙水質量,因此,也要從汙染源著手,應盡可能將工業廢水和生活汙水分開,降低進人城市汙水的重金屬及有機汙染物的濃度。


表3 我國與其他國家汙泥土地利用重金屬標準的對比



3.2有機汙染物的控製


目前我國對於汙泥中有機汙染物的在農業環境中的研究較少,從以有的報道來看,也主


要集中在汙泥中有機汙染物種類及含量的分析以及少量關於堆肥對有機汙染物的去除影響,對於汙泥施入土壤後的毒性、轉化、去向生態效應和調控措施等方麵缺乏研究,科研人員需要更深入係統的研究,為汙泥的安全利用提供科學依據。


我國在新製定的無論是汙泥農用還是園林綠化用泥質都對汙泥中有機汙染物做了規定,這也有助於科研人員進一步研究,也有助於汙泥的安全利用。


汙泥中含有的有機汙染物,有多氯聯苯(PCBs)、多環芳烴(PAHs)、可吸附有機鹵化物(AOX)、多氯代二苯並二噁英/呋喃(PCDD/Fs)、礦物油等,這些有機汙染物主要工業廢水,因此控製汙泥中的有機汙染物***有效、***經濟的策略是源頭控製,即生活汙水和工業廢水嚴格分開,對其進行單獨處理是***有效的措施。


3.3病原體的汙染控製


汙泥中含有大量的致病微生物和寄生蟲卵,如果不經過有效的處理就使用到土地上會對環境和人的身體健康造成嚴重的影響。目前常用的滅菌方法有消化處理法(包括厭氧消化和耗氧消化)、石灰消毒法、輻射處理法、加熱幹燥法、堆肥法等。從經濟和技術角度來分析堆肥法是處理汙泥的******。


陶俊傑,王海濤等研究表明隻需在50~60℃溫度條件下將汙泥加熱30min左右就可將絕大部分致病微生物與寄生蟲卵殺死,又不損失其中的植物養分。通過對各種滅菌方法的對比得出堆肥時***經濟的處理方法之一。


楊光、袁菊等通過對脫水泥餅、鋸沫和粉煤灰進行混合堆肥,可以實現堆體升溫到50~55℃,並保持5~7d以上,所得堆肥產品符合國家相關衛生標準(GB 7959—87),滿足殺滅病原菌的目的。


我國有關汙泥施用後土壤環境中病原菌的存活、繁殖和再生等方麵的研究較少,對於汙泥中常見病原菌的種類和數量也缺少一個係統全麵的調查。隨著公眾對健康和環境安全的日益關注,汙泥病原菌方麵的研究需要進一步加強。


3.4汙泥中使用總量的控製


某塊土地施用汙泥數量有一定限度,當達到這一限度時,汙泥的土地利用就應停止一段時間後再繼續進行.具體的汙泥施用量應在調查研究的基礎上,根據氣候條件、地理環境、作物種類及土壤同化能力,製定適合本地區特點的汙泥施用額定負荷量,以確保汙泥的土地施用安全。德國汙泥農用條例規定在3a期內每土地***多施用5t(幹汙泥)/hm;歐共體汙泥農用準則規定了10a內每公頃土地的汙泥施用量。德國汙泥農用條例還禁止在******牧場和林業用地上施用汙泥。


我國在CJ /T 309-2009《城鎮汙水處理廠汙泥處置 農用泥質》 標準中規定了農田年使用汙泥量累計不能超過7.5t/hm2,且連續使用不能超過十年。



 
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