王淦——中国南方城市污水厂污泥特性研究及处置对策

,中国南方城市污水厂污泥特性研究及处置对策,国祯环保设计研究院安徽省污水处理工程技术研究中心王淦，2013年11月.无锡,汇报提纲,1.引言,本文在采集主要分布在中国黄河以南，遍及华北、华东、中南、西南、华南等7个省46座污水处理厂的第一手数据基础上，用统计概率分布方法，重点对中国南方地区氧化沟污水厂的污泥特性、产生原因、处理处置现状进行深入分析，并结合欧盟污泥处理处置现状和未来发展趋势，对中国南方地区氧化沟污泥处理处置技术的未来发展趋势进行预测，并给出应对策略。,2材料与方法,本调研对象污水处理厂共46座，主要分布在中国黄河以南，遍及华北、华东、中南、西南、华南等7个省，具有典型的南方污水厂特点：进水BOD5浓度低，水量水质随降雨的变化大。处理工艺包括氧化沟、A2/O、SBR等各种工艺。根据地域分布和工艺特点，抽取了28座污水厂污泥作为样本，对污水厂的污泥特性进行了深入研究。,2材料与方法,28座污水厂分布图,2材料与方法,所有污水处理厂的污泥处理处置技术现状材料由各厂直接填报汇总收集，且进行现场核实；所有污水处理厂的脱水污泥数据都由本研究团队统一采集和委托检测，泥样采集自各厂污泥脱水机后，时间统一在2012年4月27日，各厂同时取样密封，于次日送达合肥诚鑫环境检测公司进行分析检测。对调研和测试数据的整理采用概率分布统计分析，利用MATLAB软件，绘制出带有正态密度曲线的直方图，从正态密度曲线找出最大概率密度数据。,3结果与讨论,图1污水处理工艺类型示意图,3.1污水处理厂污泥处理处置现状,图2污泥脱水工艺类型示意图,3结果与讨论,3.1污水处理厂污泥处理处置现状,图3污泥处置方式示意图,3结果与讨论,3.1污水处理厂污泥处理处置现状,图4污泥含水率概率分布图,3结果与讨论,3.2污水处理厂污泥特征,图5污泥挥发分概率分布图,3结果与讨论,3.2污水处理厂污泥特征,图6污泥高位热值概率分布图,3结果与讨论,3.2污水处理厂污泥特征,表1最大概率污泥特性数据,污泥热值偏低,3结果与讨论,3.2污水处理厂污泥特征,表2最大概率污泥重金属含量,污泥农用基本可行,3结果与讨论,3.2污水处理厂污泥特征,3结果与讨论,3.3国内与欧盟现状情况对比,为了更好地研究和把握我国污泥处理处置现状，选取欧盟污泥处理处置情况作为对比，这一方面是因为欧盟是后工业化国家，他们的现在就是我们的未来，另外欧盟也是大陆国家，和中国一样，欧盟不同地域差异较大，和中国很类似。资料来源：希腊爱琴大学的AlexandrosKelessidis,AthanasiosS.Stasinakis.ComparativestudyofthemethodsusedfortreatmentandfinaldisposalofsewagesludgeinEuropeancountiresJ.WasteManagement,2012,32:1186-1195,3结果与讨论,3.3国内与欧盟现状情况对比,在污泥处理方式上，欧盟有50%的污水处理厂有厌氧消化，18%的设好氧消化，4%的进行石灰稳定，28%的污水厂污泥没有进行稳定化处理16。而本次统计的中国南方中小规模污水厂，没有一座设置厌氧消化，46座污水厂中只有4座设独立的污泥好氧消化设施，占9%，就是说91%的污水处理厂靠污水处理工艺进行部分好氧消化，没有进行稳定化处理。所以污泥是否进行消化稳定化是目前国内和欧盟巨大差异之一。,3结果与讨论,3.3国内与欧盟现状情况对比,在欧盟，污泥脱水方式离心机占41%，带式压滤占28%，厢式压滤占23%。从本次调研的46座污水处理厂看，带式压滤占89%，离心脱水占7%，厢式压滤只占2%。由于带机脱水后污泥含水率约80%，而离心机和厢式压滤机含水率一般低于75%。因此，国内出厂污泥含水率偏高是和欧盟的差异之二。,3结果与讨论,3.3国内与欧盟现状情况对比,在欧盟，混合污泥挥发分一般为60%80%，污泥高位热值一般为1620MJ/kg-DS17,而本次调研结果是污泥挥发分43.63%，高位热值为9.22MJ/kg-DS，况且都是没有经过消化的污泥。因此国内污泥挥发分和热值普遍偏低是差异之三。,3结果与讨论,3.3国内与欧盟现状情况对比,在欧盟，自从实行了91/271条款（CEC,1991）,污泥处置变化趋势见下图。,图7欧盟污泥处置方式变化趋势图,3结果与讨论,3.3国内与欧盟现状情况对比,从图可以看出，污泥填埋的比例从1992年的33%降到2005年的15%，这主要是因为91/271条款对污泥填埋的限制；污泥焚烧从11%上升到21%，这主要是对填埋和海洋处置的限制促使了污泥焚烧的增长；污泥资源化利用从48%略微上升至54%，资源化利用主要包括农业利用和堆肥1。对比图4可以看出，目前我国污泥处置方式和欧盟最大的差异是直接填埋国内占61%，而欧盟仅占15%；污泥独立焚烧没有，掺烧只占7%，而欧盟污泥焚烧占21%，而且有逐年增长趋势；污泥资源化利用国内林用和制砖等31%，欧盟占54%，这些区别是我国和欧盟的主要差异之四。,3结果与讨论,3.3国内与欧盟现状情况对比,在欧盟国家中，污泥的农业利用（直接利用或者堆肥后农用）和污泥焚烧应当是未来发展的两大主要污泥处置方式。过去几年，欧盟在污泥焚烧的技术水平、成本降低和环保方面都取得较大进展，但是以下方面仍然是值得重视的问题：尾气和飞灰处理的成本，二噁因和呋喃的大气排放控制，避免重金属的释放，以及灰渣的妥善处置。在污泥农用方面，欧盟未来的发展趋势是采用新的污泥处理技术，去除更多病原体，进行气味的控制和有害物的去除，这些技术可以是热干化，堆肥，中温厌氧消化，自温好氧消化和石灰处理。采用多级厌氧消化、多种消化组合工艺提高产生和利用生物气体效率也是未来的发展趋势。,3结果与讨论,3.4国内污泥问题产生的原因分析,从以上国内和欧盟在污泥处理处置上的差异和欧盟未来发展趋势看，要找出正确解决污泥困境的对策，必须从分析国内产生这些差异的原因着手。为了和污泥采样时间2012年4月保持一致，特别收集了2012年4月份同样的28座污水处理厂的运营报表，对其进水水质进行了统计分析，统计分析方法仍然是统计概率分布法，选取其最大概率进水数值和原设计数值进行对比，见图8。,国内国内污泥问题产生的原因分析,图8进水实测水质和设计水质对比图,污泥热值偏低的主要原因,3结果与讨论,3结果与讨论,3.4国内污泥问题产生的原因分析,从图可以看出，进水水质实际和设计相差最大的是BOD5，BOD5实际为80mg/l左右，设计值一般160mg/l，实际是设计的一半，COD实际为设计的82%，SS实际为设计的67%，NH3-N实际是设计的83%。可见，引起国内和欧盟污泥处理差异的主要原因就是进水的BOD5浓度，国内实际连设计值的一半都达不到。进水BOD5浓度过低，正是导致污泥高位热值基本在10MJ/kg-DS以下的直接原因，污泥挥发分基本在50%以下，这相应就产生很多问题：无法稳定进行厌氧消化，污泥焚烧处理耗能很高。当然，由于BOD5浓度偏低，污泥有机份少，也就没有也无法进行污泥消化稳定化处理了，这一系列的差异都是因为BOD5浓度过低引起。,3结果与讨论,3.4国内污泥问题产生的原因分析,进水BOD5浓度过低的原因，除了国内生活方式的差异，有无设置化粪池的差异外，更主要的原因是目前国内污水处理厂污水收集系统普遍不完善，老城区多半是截流或雨污合流，新区管网收水率不够，或者地下水的渗入，甚至有的地方直接抽取河水进入污水厂处理。,在欧盟国家中，污泥的农业利用（直接利用或者堆肥后农用）和污泥焚烧是未来发展的两大主要污泥处置方式，所以首先对国内污泥农用进行分析。污泥农用林业利用的最大制约因素是重金属危害，从表1可以看出，除特殊污水厂外，大部分污水厂的污泥的重金属含量，不会成为污泥农用的制约因素，因此未来一段时间，污泥因地制宜农用和资源化利用是关注的重点，当然必须要避免运输和再用过程中的二次污染问题。,3结果与讨论,3.5国内污泥农用可行性分析,污泥焚烧是欧盟未来发展的两大主要污泥处置方式之一。从前面调研数据可知，目前国内氧化沟污水厂污泥高位热值在9.16MJ/kg-DS，也就是说基本上都低于10MJ/kg-DS。从城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质（GB/T24602-2009）标准可知，污泥如果要自持燃烧，其低位热值应当不小于5MJ/kg，如果助燃焚烧，其低位热值应当不小于3.5MJ/kg。因此，有必要把污泥的高位热值转换成低位热值进行分析。,3结果与讨论,3.6国内污泥焚烧或制作燃料可行性分析,图9低位热值等高线（无药剂投加）,从A点可见，高位热值10MJ/kg-DS的污泥，不投加药剂含水率降到40%低位热值为5MJ/kg，可以自持燃烧；而如果低位热值到助燃的3.5MJ/kg，降到52.5%就可满足要求，见B点；C点的意思就是如果要含水率50%的污泥可以自持燃烧，则污泥高位热值应当不低于12.5MJ/kg-DS。,3结果与讨论,图10低位热值等高线（投加药剂）,从A点可见，高位热值10MJ/kg-DS的污泥，含水率降到29%低位热值为5MJ/kg，可以自持燃烧；而如果低位热值到助燃的3.5MJ/kg，降到43%可满足要求，见B点；C点的意思就是如果要含水率50%的污泥可以自持燃烧，则污泥高位热值应不能低于16MJ/kg-DS,3结果与讨论,从图10的结果可以看出，按目前10MJ/kg-DS的污泥来说，含水率降到50%连助燃都不行，含水率降到43%才可以助燃，降到29%才可以自持燃烧，因此目前情况下，即使是投加药剂高干脱水，看上去含水率降低了，但是如果进行焚烧还得外加能源，成本还是很高，因此目前热值情况下污泥不适合独立焚烧，如果高干脱水降到53%，再进行晾晒，含水率能降到43%，制作燃料外运焚烧是一个可行的选择。,3结果与讨论,3.6国内污泥焚烧或制作燃料可行性分析,前述污泥处置方式是在目前情况下的一个权益之计，没有从根本上解决问题。目前污泥处理处置遇到的困难，有技术专家从技术方面去研究，有行业专家提出各种建议，但是投了钱，都发现在经济上承受不起，归根结底是国内的污泥几乎没有可高效利用的能源，污泥处理处置反而变成了一个额外的负担，而不能成为一个再生的能源和资源来源，所以欧盟的资源化利用和焚烧用在国内目前就很难适合，因此只能大量的进行填埋，而填埋的危害将来会越来越突出。,3结果与讨论,3.7国内污泥处理处置对策和趋势预测,为了破解这个局面，本人觉得最经济和可行的解决污泥处理处置难题的解决办法是：首先不是从污泥着手，而是从完善城市管网入手，提高进水BOD5浓度，提高了进水BOD5浓度就提高了污泥有机份，提高了污泥热值，无论是资源化利用和焚烧都迎刃而解。而且污水厂进水BOD5浓度的提高，解决了很多污水厂长期低负荷运行的问题，为充分挖掘污水厂潜力和提高投资效益发挥更大作用，而不是新建一个又一个污水处理厂导致污水厂空转的局面。,3结果与讨论,3.7国内污泥处理处置对策和趋势预测,为了破解这个局面，本人觉得最经济和可行的解决污泥处理处置难题的解决办法是：首先不是从污泥着手，而是从完善城市管网入手，提高进水BOD5浓度，提高了进水BOD5浓度就提高了污泥有机份，提高了污泥热值，无论是资源化利用和焚烧都迎刃而解。而且污水厂进水BOD5浓度的提高，解决了很多污水厂长期低负荷运行的问题，为充分挖掘污水厂潜力和提高投资效益发挥更大作用，而不是新建一个又一个污水处理厂导致污水厂空转的局面。,3结果与讨论,3.7国内污泥处理处置对策和趋势预测,从表1我国污泥重金属含量情况看，我国污泥农用大部分都是可行的，但是目前农用处置的方式基本都是含水率80%污泥外运给第三方，第三方都是露天晾晒，环境二次污染严重，如果污泥有机份高，采用厌氧消化，产生的能源尽可能使污泥干化，这样污泥农用的成本就会大大降低，可以避免二次污染问题。,3结果与讨论,3.7国内污泥处理处置对策和趋势预测,污水处理厂产生的污泥无论是采用独立的厌氧消化、好氧消化还是延时曝气法的好氧消化，都必须在污水厂内进行稳定化和无害化处理，目前，城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质（GBT23485-2009）标准要求，污泥含水率要低于60%，因此，国内目前采用化学药剂调理经高干脱水处理后，基本能满足此要求，但这仅仅是目前我国不正常不成熟污泥处理处置状况的反映，一是直接填埋将来应当要逐渐禁止，二是目前我国污水处理厂进水BOD5严重偏低是管网不完善的结果，解决目前我国污泥处理处置问题的根本之道就是进行管网完善，提高进水BOD5浓度。,3结果与讨论,3.7国内污泥处理处置对策和趋势预测,污泥消化和焚烧或者资源化利用，必须统一规划，管网在先，污水厂和污泥处置统一布局，能量统一平衡，湿污泥统一管道输送，出厂都是已经资源化处置过的产品或者已经焚烧后的灰渣，稳定化、减量化、无害化都在污泥处置中心内部解决，这就是将来我国污泥处理处置的必然选择。,3结果与讨论,3.7国内污泥处理处置对策和趋势预测,4结论,从前面的讨论和分析可以得出，我国南方地区污水厂污泥特性及目前处理处置对策如下：（1）我国南方地