国外城市污泥处理处置方式研究与对我国的启示.doc

环境工程4342010 年第 28 卷增刊国外城市污泥处理处置方式研究及对我国的启示张贺飞 徐燕曾正中郭浩磊潘玉( 兰州大学资源环境学院, 兰 州 730000)摘要: 介绍国内外常用的污泥处置技术与方法, 通过与其他国家的对比, 结合我国国情总结出: 现阶段 我国污泥处置技 术应以污泥土地利用为主, 在土地利用过程中应加强对污泥中重金属、有机污染物与病原体等污染物的控制。关键词: 污泥处理处置; 土地利用; 污染物控制MUNICIPAL SLUDGE TREATMENT WAY OVERSEAS ANDITS ENLIGHTENMENT TO CHINAZhang H efei Xu Y an Zeng ZhengzhongG uo H aoleiPan Yu( Colleg e of Resour ces and Envir onment al Science, Lanzho u U niv ersit y, L anzhou730000, China)Abstract: T his paper introduces so me sludge disposal techno lo gies and metho ds at home and abro ad Sludge forland use, as co mpa ring w ith o ther co untr ies and co mbining the conditions o f o ur country , shall be deemed to bethe pr imary sludg e disposal techno lo gy in co ntempor ary China, with a emphasis o n contr ol of heavy metals,org anic po llut ants, pathog ens, etcKeywords: sludge disposal; land use; pollutant contro l0 引言随着世界工业的发展与城市人口的增加, 城市污毒有害、难降解的有机物等物质, 若处置不当, 可能对生态环境造成极大危害 1 。水的排放量日益增多, 污水处理的副产品污泥也1 国内外污泥处理处置现状同步增加。污泥中含 有有机物、重金属、病原菌等成1 1国外污泥处理处置分, 其物理、化学性质很不稳定, 在堆存、运输与处理过程中, 其组分性质会不断发生变化, 若处理处置不当,将对环境造成严重危害 1 。我国 十一 五! 规划中规目前国内外污泥处置方法主要有污泥焚烧、卫生填埋、土地利用。表 1 是污泥常用的处置方法在几个国家所占比例的对比。定, 2010 年我国污水处理率达到 70% , 届时将相应的表 1 各国污泥处理处置%4术尚处于起步阶段, 污泥的无害化、卫生处理处置, 尤其是资源化利用技术一直未得到重视。因此, 了解国外污泥研究现状及发展趋势, 对我国寻找合理的污泥国家污泥焚烧土地利用填埋其他美国 22256 5147 5英国 23058102日本 3559351法国 4246511-西班牙 4752347德国 42148283处理处置方式, 并充分利用污泥中的资源, 使之达到减量化、稳定化、无害化与资源化具有重要的现实意义。1 2我国污泥处理处置现状城市污水处理场污泥主要包括栅渣、沉砂池沉渣、浮渣、初沉池污泥、二沉池剩余活性污泥。其中栅渣与我国早期污泥产量低且成分简单, 经简单处理后作为农肥。20 世纪 80 年代, 城市污水处理场得到了沉砂池沉渣多为粒度较大的无机固体颗粒物, 一般作长足的发展, 但污水处理过程产物污泥, 大多经简为垃圾处理, 初沉池污泥与二沉池剩余活性污泥有机质含量高, 初沉池污泥含有病原体与重金属化合物, 二沉池生物污泥基本成分为微生物体, 易腐化变质, 需回收利用妥善处置。污泥成分复杂, 除上述物质外, 还含有大量氮、磷与多种微量元素及有机质, 也可能含有有单处理后进行农田利用与堆放消纳。20 世纪 90 年代以后, 随着污水处理量的增大, 污泥产量剧增, 我国随即展开污泥处理处置方案研究, 经十多年的实验, 现已有了污泥卫生填埋、土地利用与焚烧等传统处理处置方法, 也有制肥、制作建筑材料、制混凝土轻质骨粒等产生 7 500 10 t/ a 的污泥。而我国污泥处理处置技环境工程2010 年第 28 卷增刊435新型处理方法的示范项目。目前, 国内污泥处理处置技术所占的比例 如图 1所示 5 。约; 由于污泥的含水率高, 加剧了垃圾填埋场渗沥液的产量, 污泥中含有的各种有毒有害物质易污染地下水,现在大部分与垃圾混合填埋的垃圾场存在拒收污泥的现象; 另外, 因高含水率污泥易引起填埋堆体的整体层移动滑坡, 影响填埋场安全, 同时, 由于污泥含水量高,颗粒细, 透水性差, 极易造成渗滤液与填埋场气体收集系统的严重堵塞, 使渗滤液无法排出, 沉积的甲烷气体越来越多, 填埋场将成为一颗 定时炸弹! 6 。因此污泥填埋技术并没有最终避免环境污染问题, 而只是拖延了污染产生的时间, 没有从源头上、根本上解决污泥图 1中国污泥处置情况处置问题, 也没有利用到污泥作为一种生物固体资源2 国内外污泥的处理处置方法的分析与对比的价值, 这就决定了污泥填埋技术不可能作为一种清2 1焚烧处理在各国的应用洁、资源化处置技术而在未来得到发展。污泥燃料化即污泥焚烧。是利用污泥含有的有机成分较高( 约占 70% 80% ) , 具有一定热值等特点来处置污泥。污泥焚烧技术优势在于其处理的彻底性,减量率可达到 95% 左右, 处理速度快, 污泥中有机物被完全氧化, 重金属( 除汞外) 几乎全被截留在灰渣中。污泥焚烧过程所产生的能量可以用于发电与供热, 而焚烧灰具有吸水性、凝固性, 还可以用于 制作建筑材料。在日本, 该方法已占污泥处理总量的 55% 以上、欧盟也在 10% 以上。Biocycle 杂志调查表明: 美国污泥的主要处置方法是循环利用, 而污泥填埋的比例正逐渐下降, 美国许 7固体废弃物土地填埋法令( 于 2006 年起实施) , 要求所有欧洲国家用于土地填埋的固体废弃物中有机物含量必须逐年递减, 其中污水厂污泥也是该法令规定的固体废弃物种类之一。根据欧盟的统计数据表明, 由于法规政策的导向作用使污泥处置方式 有了很大的变化, 污泥填埋所占比例大幅度下降( 从 1997 年的 41%污泥焚烧也存在问题, 首先污泥热值较低, 同时污下降到 2003 年的 7% ) 8。欧盟 成员国 中, 法国、德泥内在水分较难去除, 影响燃烧稳定性, 还有污泥焚烧及其系统如何满足环保要求, 避免二次污染产生, 例如如何避免产生二恶英也是目前焚烧技术面临的一个难题。再有焚烧的价格昂贵, 从国外的情况看, 焚烧投资以及运转与维护费, 是其他工艺的 2 倍 4 倍。在欧盟污泥海洋弃置被禁止, 污泥填埋越来越受限制时, 经济发展水平相对落后的成员国如希腊、葡萄牙等国家, 由于污泥焚烧的成本高, 也没有选择或很少选择使用焚烧方式处置污泥。在我国也仅是东部沿海国、比利时、荷兰、卢森堡、爱尔兰等国家污泥填埋有逐年下降的 趋势。法国污 泥填埋 的比例 由 1992 年的20% 下降到 1998 的 11% , 2005 年 法国 禁 止污 泥填 9相对我国污泥填埋的现状, 现在可供填埋的场地已十分有限, 不少城市很难找到新的填埋场; 根据现在发达国家的污泥处理处置技术的发展, 相信在未来我国的污泥填埋量必将大幅度减少, 而转向对污泥综合利用更加合理的处置处理方式。一些发达城市如广州存在污泥焚烧处理, 且有严格的2 3土地利用在各国的应用技术与标准限制。我国与日本相比, 我国的国土面积辽阔, 但经济发展落后, 这就决定了我国不能像日本那样大范围的使用焚烧技术处理污泥。但是, 污泥焚烧发电是最能实现污泥处理的减量化与资源化的, 相信随着科学技术的进步污泥焚烧处理必将有更好的发展。污泥土地利用是污泥分散消纳的一种方式, 是指通过覆盖、喷洒、注射等方式, 将污泥作为一种有机肥料或土壤改良剂, 施入土壤表面或土壤中, 以达到改善土壤性质, 提高土壤综合肥力的目的。所有将污泥归还于土地的利用方式均可称为污泥的土地利用, 可以有多种方式: 农田利用、林地利用、园林绿化利用以及2 2污泥卫生填埋在各国的应用退化土壤的修复等。污泥卫生填埋是发达国家早期处理污泥的一种方式, 现在随着技术的发展污泥填埋问题最突出也备受争议。现在随着人口增加, 土地资源匮乏, 而污泥的卫生填埋需占用大量土地、耗费 可观, 使其 应用受到制德国 1990 年 污 泥农 用 比例 30% 左右, 增加 到1998 年的近 70% , 在短短的 8 年内污泥农用提高了一半多 8 , 同时当英国在欧盟禁止污泥海洋处置时选择污泥土地利用来消纳不能海洋处理的大量污泥 6 , 这多地区甚至已经禁止污泥地方填埋 ; 1999 年欧盟的埋 。环境工程4362010 年第 28 卷增刊些足以证明污泥土地利用是见效快, 容量大的处理污泥的途径。而目前我国正处在污水处理率大幅提高,污泥产量猛增的阶段, 污泥土地利用是解决这一状况的最好办法。通过对各国污泥处置方法的分析与对比, 结合我国实际情况, 现阶段适合我国国情的污泥处置方法主要是污泥的土地利用。在建国初期我国土地肥料 90% 是有机肥料, 而随着经济发展土地的肥料更多的来源于化砖用泥质、CJT 291- 2008 #城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质、CJ/ T 309- 2009 #城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质一系列标准, 这也使我国污泥在土地利用上有参考标准, 也必将推动污泥土地利用的进一步发展。与此同时, 污泥 土地应用的过程中也存在一些需要特别注意的问题, 应该加强污染控制与管理。3 污泥土地利用要注意的问题肥, 有机肥料所占比重日益下降, 这使我国土地的土质3 1重金属污染及其控制恶化, 土壤肥力降低; 据第二次全国土壤普查结果显示,我国中低产更低土壤所占比例大, 耕层薄、结构差、缺乏2 22积的 70 7% 。因此, 在土壤质量严重下降的形式下, 如何解决用地与养地的矛盾, 增加有机肥料, 维持土壤生2006 年, 中国科学院地理科学与资源研究所从全国范围内选取了 107 个城市污水处理厂的污泥样品,测定其重金属含量。结果表明, 中国城市污泥中 As、Cd、Cr、Cu、H g、Ni、Pb 与 Zn 的含量, 与 2001 年以前的调查结果相比总体上呈下降趋势, 与我国代号#农用污泥中污染物控制标准相比, 当前我国城市污泥重金 10。近属的超标率很低, 我国城市污泥中的重金属污染风险些年来国家实施了秸秆还田来弥补使用化肥带来的副作用; 现在作为富含有机质的污泥如果能大量的土地利用, 也必将对改善我国土壤的土质起到一定作用。我国是一个发展中的国家, 又是个农业大国, 污泥农用是一条重要的污泥处置途径。表 2 列出了我国部分城市的污泥的有机物与营养物质含量以及与美国与猪厩肥的对比, 从表中可以得出污泥完全可以作为有机肥料来使用。表 2 中国部分城市污水处理 厂的污泥并不高, 绝大部分可以经过无害化处理后进行土地利用 20 。表 3 是我国污泥土地利用重金属的控制与其他几个国家的对比, 其中可以看出我国对施用污泥重金属的控制还是相对严格的。为了减轻污泥中重金属对植物生长的不利影响可从两方面考虑, 一是使污泥中重金属转化为稳定形态,即将其固定或钝化, 二是去除污泥中重金属如重金属沥滤, 主要通过降低污泥 pH 值将污泥中重金属转化为溶解态, 沥 滤 到液 相中, 然后 通 过固 液 分 离而 去所含营养物质 11- 19%除 24 。通过近些年研究发现堆肥处理可钝化城市污污水处理厂氮( N)磷( P)钾( K)有机物泥中的重金属, 降低其土地利用中重金属的污染风险。天津纪庄子污水厂2 2 5 0 0 6 0 8 0 3 0 5 50 60我国在污水污泥中重金属与有机污染物这两个领上海东区污水处理厂广州大垣沙污水厂苏州城西污水厂苏州新区污水厂西安污水厂太原杨家堡污水厂太原北郊污水厂杭州四宝污水厂3 61 84 823 261 811 972 761 11 32 241 30 691 491 721 041 150 1 0 31 490 440 571 570 530 490 74一31 738 737 928 233940 3131 8域的研究还有很多工作要做, 包括污泥中有机污染物与重金属的表现形式, 以及污泥处理过程中它们的变化及对土壤- 污泥系统的影响。污泥质量还取决于污水厂处理的污水质量, 因此, 也要从污染源着手, 应尽可能将工业废水与生活污水分开, 降低进人城市污水 25大港污水处理厂1 91 221 137 83 2有机污染物的控制北京酒仙桥污水厂北京高碑店污水厂合肥王小鄂污水处理厂合肥琥珀山庄污水处理厂惠州梅湖污水处理厂美国城市污泥猪厩肥平均值3 153 314 83 32 892 60 940 6410 2751 20 71 270 810 470 391 26一一1 060 40 956235 738 169 6一53 430 2目前我国对于污泥中有机污染物的在农业环境中的研究较少, 从已有的报道来看, 也主要集中在污泥中有机污染物种类及含量的分析以及少量关于堆肥对有机污染物的去除影响, 对于污泥施入土壤后的毒性、转化、去向生态效应与调控措施等方面缺乏研究, 科研人员需要更深入系统的研究, 为污泥的安全利用提供科学依据。此 外, 我 国 在 2007 2009 年 之间 相 继 出 台 了CJ 248- 2007 #城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质、CJT 289- 2008 #城镇污水处理厂污泥处置 制我国在新制定的无论是污泥农用还是园林绿化用泥质都对污泥中有机污染物做了规定, 这也有助于科研人员进一步研究, 也有助于污泥的安全利用。有机质的耕地 3 290 0 hm , 缺氮的耕地 3 305 0 hm 。约占耕地面积的 35% ; 缺磷耕地6 726 6 hm , 占耕地面态系统物质平衡, 是农业发展急需解决的问题的重金属及有机污染物的浓度。环境工程2010 年第 28 卷增刊437表 3我国与其他国家污泥土地利用重金属标准的对比重金属A 级农用 21B 级中国园林22酸性土壤 中、碱性土壤( pH 6 5) ( pH 6 5)A 级美国 10B 级欧盟23污泥加拿 10污泥最大允许含量德国 23污泥CdCrHgPbAsCuZnNi 3 500 3 300 30 500 1 500 100 15 1 000 15 1 000 75 1 500 3 000 200 5 600 5 300 75 800 2 000 100 20 1 000 15 1 000 75 1 500 4 000 200391 20017300411 5002 800420893 00057840754 3007 50042020 40一16 25750 1 200一1 000 1 7502 500 4 000300 400201 00010200105002 000100109008900一8002 500200污泥中含有的有机污染物, 有多氯联苯( PCBs) 、多环芳烃( PAH s) 、可吸附有机卤化物( AOX) 、多氯代二苯并二恶英/ 呋喃( PCDD/ Fs) 、矿物油等, 这些有机污染物主要工业废水, 因此控制污泥中的有机污染物最有效、最经济的策略是源头控制, 即生活污水与工业适合本地区特点的污泥施用额定负荷量, 以确保污泥的土地施用安全。德国污泥农用条例规定在 3 年期内每土地最多施用 5 t( 干污泥) / hm 2; 欧共体污泥农用准则规定了 10 年内每公顷土地的污泥施用量。德国污泥农用条例还禁止在永久牧场与林业用地上施用污废水 严 格分 开, 对 其 进行 单 独 处 理 是最 有 效 的 措施 10 。 28。我国在 CJ / T 309- 2009 标准中规定了农田年使3 3病原体的污染控制用污泥量累计不能 超过 7 5 t/ hm2 , 且连续使用不能污泥中含有大量的致病微生物与寄生虫卵, 如果不经过有效的处理就使用到土地上会对环境与人的身体健康造成严重的影响。目前常用的灭菌方法有消化超过 10 年。4 结论从以上情况来看, 各国处理污泥都在朝着一个方处理法( 包括厌氧消化与耗氧消化) 、石灰消毒法、辐射向发展污泥资源化利用, 无论是以日本为代表的处理法、加热干燥法、堆肥法等。从经济与技术角度来分析堆肥法是处理污泥的首选。陶俊杰, 王海涛等研究表明只需在 50 60 % 温度条件下将污泥加热 30m in 左右就可将绝大部分致病微生物与寄生虫卵杀死, 又不损失其中的植 物养分。通过对各种灭菌方法的对比得出堆肥时最经济的处理方法之一 26 。杨光、袁菊等通过对脱水泥饼、锯沫与粉煤灰进行混合堆肥, 可以实现堆体升温到 50 55 % , 并保持 57 d 以 上, 所 得 堆 肥 产 品 符 合 国 家 相 关 卫 生 标 准( GB 7959- 87) , 满足杀灭病原菌的目的 27 。污泥焚烧发电, 还是以美国、法国与德国等国家为代表的土地利用, 都说明了这点, 所以我国也要加快污泥资源化利用的步伐, 以我国目前的国情与经济发展来看,效仿美国等国家加大污泥的土地利用是最能见效的方法, 在土地利用的过程中应该加强对重金属, 有机污染物等对土地利用产生危害的污染物的控制。同时科技人员也要加紧污泥处理新技术的研究, 特别是污泥焚烧发电, 为以后我国污泥更充分的资源化、无害化、减量化利用打下基础。参考文献我国有关污泥施用后土壤环境中病原菌的存活、 1 武淑文城市污泥资源化利用研究进展 J广西轻工业, 2009( 4 ) :繁殖与再生等方面的研究较少, 对于污泥中常见病原菌的种类与数量也缺少一个系统全面的调查。随着公113- 114 2 胡玖坤, 许景钢, 张丹, 等 污泥的处理方法 与农用资源化 展望 J东北农业大学学报, 2005, 36( 6) : 820众对健康与环境安全的日益关注, 污泥病原菌方面的 3 王涛污泥焚烧技术现状、存在问题 与发展趋 势 J 西南给排 水,研究需要进一步加强。2007, 29( 1) : 7- 113 4污泥中使用总量的控制 4 EU EE A ( 2002 )European Environment Agency Indicator fact某块土地施用污泥数量有一定限度, 当达到这一限度时, 污泥的土地利用就应停止一段时间后再继续sheet signals 2001 - Chapter w aste 5 王静, 卢宗文, 田顺, 等 国 内外污泥 研究现状 及进展 J术, 2006, 24( 3) : 140- 142市政 技进行. 具体的污泥施用量应在调查研究的基础上, 根据 6 陆树立我国城镇污水处理厂污泥处 置问题研 究 J 环境研究 与气候条件、地理环境、作物种类及土壤同化能力, 制定监测, 2009, 22: 60- 63泥环境工程4382010 年第 28 卷增刊 7 唐小辉, 赵力污泥处置国内外进展 J环境科学与管理, 2005, 30S tates EPA530- R- 99- 009, 1999 35( 3) : 68- 70 19 全国农业技术推广中心中国有 机肥料养 分志 M 北京: 中 国 8 李金红, 何群 彪欧 洲 污泥 处 理 处置 概 况 J 中 国给 水 排 水,农业出版社, 19992005, 21( 1) : 101- 103 20 陈同斌, 郑国砥, 高定, 等 城市 污泥堆肥处 理及其产 业化发展 中 9 EU EE A ( 2002 )Jens Br odersen, J acob Juu l, H en rik J acob sen的几个关键问题 J中国给水排水, 2009, 25( 9) : 104- 108Review of selected w aste streams : S ew age sludge, con struction an d 21 CJ / T 309- 2009城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质 Sd emolition w as te, w aste oils, w aste from coal- fired pow er plants 22 CJ 248- 2007城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质 Sand biodegradable mun icipal waste T echnical report 69 23 H all J E S ew age sludge production , treatment and