第32卷第5期 Vo1.32 No.5 2011 青岛理工大学学报 Journal of Qingdao Technological University 污泥处理、处置及资源化技术研究 陈江萍 ,张延青 ,郭一令 ,侯沙沙 (1.青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛266033;2.煤炭工业石家庄设计研究院,石家庄060051) 摘要:随着经济的发展、人口的增长,废水的排放量日益增多,污泥产量也随之增加.如何有效地处理和处置 这些污泥,作为资源综合利用,满足可持续发展的要求,是我们日益紧迫的任务.介绍了当前我国污泥处理的 现状、存在的问题,以及主要的污泥处理技术及其优缺点,提出了资源化利用的方向. 关键词:污泥处理;环境保护;污泥资源化 中图分类号:X703 文献标志码:A - 文章编号:1673—46O2(2O11)O5一OO85一O5 Summary of Sludge Treatment,Disposal and Reclamation CHEN Jiang-ping ,ZHANG Yan-qing 一,GUO Yi—ling ,HOU Sha—sha (1.School of Environmental and Municipal Engineering,Qingdao Technological University,Qingdao 266033,China; 2.Shijiazhuang Design&Research Institute of Coal Industry,Shijiazhuang 050051,China) Abstract:With the increase of population and the development of economy the sewage increa— ses continuously and the production of sludge increases correspondingly.How to treat and dispose the sludge effectively and how to utilize it as a resource are our critical tasks accord— ing to the requirements of sustainable development.This paper presents the recent status and problems in sludge treatment,introduces the advantages and disadvantages of the main techniques and proposes the directions of sludge recycling utilization. Key words:sludge treatment;environmental protection;recycling utilization 随着社会经济的发展,城市人口的增加,工业废水和城市生活污水的排放量日益增加,污泥的排放量也将随 之增多[ .目前我国年废水排放总量超过400XlOSt,而且每年还以大约10 的速度增长 .大量的污泥不经处 理任意排放和堆置,不仅对环境造成污染,而且浪费了污泥中的有用资源叫. 国际水协(I、7 )组织各国相关领域的专家和学者,、-hL同编辑、出版了一份调查报告:《废水污泥——全球现状 描述与未来展望》[引,虽然专家们来自世界各地,但大家获得的共识是:应终止污泥粗放或简单的任意排放,以避 免对环境和人体健康造成不利影响;应将污泥有效回用于农业、林业等领域,以达到可持续发展的目的[ 1我国的污泥处理技术发展过程、现状和存在问题 1.1我国污泥处理技术的发展过程 1.1.1 污泥处置问题还未显现时期 20世纪6O年代,由于我国污水处理量不大,污泥产量不多且成分不复杂,因此污泥经处理后可以作 收稿日期:2010—07—28 基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07317—008—02) 作者简介:陈江萍(1984一 ),女,河北井陉人.硕士,研究方向为水污染控制工程.E-mail:chenjiangping2009@163.COIIL *通讯作者(Corresponding author):张延青,女,博士,教授.E-mail:zyq_luck@163.com. 86 青岛理工大学学报 第32卷 为农肥. 1.1.2污泥简单处置时期 20世纪8O年代,城市污水处理厂得到了较快的发展.但是,污水处理的产物——污泥在通常情况下 仅经过简单的处理就进行农田利用和堆放消纳. 1.1.3污泥处理处置方式多元化发展时期 20世纪90年代以后,污泥处理开始采用延时曝气和消化进行稳定化处理,而污泥处置则主要采用填 埋、农业利用等形式. 虽然污泥量不断增加,但我国的污泥处理处置状况却发展缓慢,主要原因是思想认识落后和污泥处理 处置费用过高.据统计,建造污泥处理的费用约占二级处理厂全部费用的4O%,运转费用约占运转总费用 的20 ,给污水处理带来沉重负担_5]. 1.2我国污泥产量现状 我国的污泥产量每年都在快速增加,如城市污泥产量由1991年的89×1O t(干污泥)增加到2003年 的296×10 t(干污泥),产量翻了约3倍[ ,具体情况见图1. 1.3存在的问题 我国的污泥处置缺乏统一的规划,大部分污 泥处理都是采用污泥浓缩一脱水一填埋或农用的 2 单一模式,不能因地制宜,资源化利用,使得污泥 问题愈加突出.污水厂污泥一个最显著的特征是 H- 含水率高(一般为97 ~99 ),为后续处理和处 皿唧 置带来不便.如果技术控制得当,污泥脱水后含水 嫂 率可以控制在50 ~60 9/6,这样不但可以满足堆 肥的含水率控制要求,垃圾填埋场也愿意接收,焚 烧亦不耗费过多的热量.但是我国污水厂处理的 年份 污泥,有很大一部分达不到这个要求l_6]. 图1我国城市污泥产量增长曲线 污泥处理的不到位,使得减量化和稳定化目 标失效,不但增加了运输的难度,而且对运输路线 周边环境带来威胁,形成了“污泥污染一污泥处理一处理不到位一影响污泥处置一污泥二次污染”的恶性 循环局面. 各种方式脱水后污泥的含水率见表1E . 表1污泥的不同脱水方式和脱水效果 2污泥的处理和最终处置方式 无论是进行资源化利用还是进行填埋 处置,其目的与处理其他废弃物一样,都是 以减量化、稳定化、无害化和资源化为目 的.要达到这一目的,必须通过各种机械设 备和处理构筑物的有机结合,组成污泥处 理、处置系统l_8j. 2.1污泥基本处理方式 我国污泥处置的步骤通常为:污泥浓 缩、污泥消化、污泥脱水和污泥处置.污泥 浓缩,主要是使污泥初步减容,缩小后续处理构筑物的容积或设备容量,浓缩后的污泥含水率一般为 95 ~97 ,主要有重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法;污泥消化,是指在无氧条件下,将有机物分解 为以甲烷为主的污泥气和稳定的污泥(称消化污泥);污泥脱水,是将流态的原生、浓缩或消化污泥脱除水 第5期 陈江萍,等:污泥处理、处置及资源化技术研究 87 分,转化为半固态或固态泥块,使污泥进一步减容;最后为污泥处置,是指采用某种途径将污泥予以消纳. 2.2污泥的最终处置方式及其存在的问题 污泥的最终处置方式主要有土地利用、卫生填埋、焚烧、绿化和其他[9].我国主要的污泥处置方式为土 地利用和卫生填埋,他们所占的比例约为45 和34 ,焚烧和绿化分别为3.5 ,约有14 无任何处置. 2.2.1土地利用 随着填埋的范围逐渐减少,在大多数的发达国家和发展中国家,土地利用是污泥处置的主要途径之 一.我国是一个农业大国,而污泥中含有丰富的有机质和氮、磷、钾等植物所需的营养成分,利用污泥作 肥料,可以充分利用其中的营养物质,增加土壤肥力,改良土壤结构,促进作物生长,减少农业生产成本.澳 大利亚6个主要城市中的5个(占国家人口5O 的居住地),几乎将所有的污泥都进行了农业利用[4]. 土地利用具有能耗低,可回收利用剩余污泥中营养物等优点,但是污泥中含有的大量病原体、寄生虫, 以及铜、铬、锌、汞等重金属元素和多氯联苯等难降解有毒有害物质,可能会给土壤和水体带来二次污 染[10]. 2.2.2卫生填埋 卫生填埋是我国使用较为广泛的污泥处理方式之一,分为混合填埋和单独填埋.混合填埋是将污泥与 生活垃圾充分混合,然后将混合物平展、压实,进行填埋;而单独填埋则是指污泥在专用填埋场地进行填埋 处置,分为沟填、掩埋和堤坝式填埋三种类型. 卫生填埋简单、成本低、见效陕,但需要大面积的场地和大量的运输费用,对污泥的土力学性质要求较高,地 基需作防渗处理,否则会污染地下水.而且,污泥中也含有大量有机物,如果直接填埋,会造成资源的浪费,不仅 不符合可持续发展的要求,还存在安全隐患,施工难度大、渗滤液无法有效处理等问题另外,在适宜的条件下, 可能会发生消化反应生成沼气,遇火爆炸. 在新加坡,除一小部分用作土壤调节剂外,其余则与城市垃圾—起进行填埋处理;新西兰仍然采用填埋处理 大部分污泥但是,随着人口增加,可供填埋的场地已非常有限.美国环保局估计今后2O年内,美国现有8O 的 填埋场将关闭;欧盟也将规定填埋必须和焚烧相结合,只有焚烧灰才可以被填埋.今后,污泥填埋的比例和空间 将会越来越小,因为填埋并不能最终避免环境污染,而只是延缓了污染的时间而已[1 . 2.2.3焚烧 污泥中含有大量的有机物和一定数量的纤维素、木质素,脱水后的干污泥发热量约为836 kJ/kg,达到 了污泥热能的自持,不但能满足越来越严格的环境要求而且能处理不适宜于资源化利用的部分污泥.预处 理干化后的污泥,含水率降为5 ,其工作基础热值可达13 800 kJ/kg以上,与许多劣质煤种接近[1 .焚烧 过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭,有毒有害的有机物均被氧化分解.此外,污泥中含有的重金属在 高温下被氧化成稳定的氧化物,是制造陶粒、磁砖等产品的优良原材料E加].但是,焚烧炉的投资巨大,如果 燃烧装置有问题或燃烧不完全,可能产生废气(剧毒物质二嗯英)、噪声、震动、热和辐射等,会对环境造成 不利影响. 日本早在20年前就开始采用最先进的热干化和污泥焚烧处理方法.目前,日本的焚烧灰利用率已经 达到污泥总使用率的27 ,并呈继续增长趋势.焚烧灰在韩国也具有较好的应用前景,已有-17家水泥厂 采用污泥焚烧灰分作为水泥的主要原料E . 2.2.4投海 投海曾一度被认为是既节省费用又有效的方法.英国、日本、美国等从20世纪8O年代开始使用此法. 该方法简单,不需花费大量能源,但可能会污染海洋环境.如美国纽约,每年把382万t的污泥投至纽约港 外指定的海区,现已发现该海区近1O英里的区域内,几乎所有的海底生物群都没有了,而且海底污泥的重 金属浓度比未污染地区高150 ̄200倍[1。。.因此,目前投海方法受到严格的.韩国一直将大量的污泥 (约77 )填海,但是从2008年开始禁止污泥填海处理[4 ;1991年起美国禁止污泥向大海投弃,1998年欧 盟也做了类似的规定_1引. 2.2.5市政绿化 污泥作为有机肥料用于城市园林绿地的建设,不仅是有效的污泥处置途径,而且也是城市绿化的必然 88 青岛理工大学学报 第32卷 要求。干污泥用于城市绿化及观赏性植物的培养,既脱离食物链、节约化肥,又可以使土壤的成分与结构 有显著提高,但还是要关注病原体及重金属等的污染嘲. 3污泥的资源化利用 第15届土壤学大会专门召开了一个研讨会讨论城市污泥的农用问题.根据污泥的资源性特点,世界 水环境组织(wEF)于1995年将污泥(Sludge)更名为生物固体(Bio-solid).美国国家环保局专门在“503” 条款中制定了市政污水处理过程中所产生的生物固体管理,鼓励有益的生物固体回用 ].中国2003 年修订的《资源综合利用目录》中也涉及到利用污泥生产肥料、建材产品、沼气、热力及燃料,用于工、农、市 政等,使之有效利用,变废为宝. 3.1 农业利用【’] 3.1.1直接农用 直接施用是将未经处理的污水污泥直接施用在土地上,如农业用地、林业用地、严重破坏的土地、专用 的土地场所.污泥中含有大量的氮、磷、钾等多种营养元素和有机质,可以增加土壤肥力,促进作物生长,特 别是一些食品企业的污泥,农用价值很高.这是美国及大多数欧共体国家最普遍采用的处理方法之一[巧]. 3.1.2间接农用 间接农用主要是通过堆肥或制成污泥复合肥后再农业利用,同直接农用相比,具有干净卫生,无蚊蝇 滋生,减少运费等优点.污泥制成的复合肥在水稻种植中,可以使水稻的亩产量增加11.4 [16].在国外,将 污泥制成复合肥已相当普遍,近几年,我国也出现了将污泥制成有机肥、有机复合肥等的研究 "]. 但是,以上两种方法都要准确检测污泥中重金属含量,严格计算单位面积污泥使用量,确保农作物和 人类的安全. 3.1_3制作动物饲料 污泥中含有很多有价值的物质,粗蛋白约占28.7 9/6~40.9 、纤维素约占26.6 ~44.0 9/5、脂肪酸占 0"---3.7 .粗蛋白中7O 为家畜饲料所需的氨基酸[ ]. 3.2修复受损土壤 污泥中含有的营养物质可改善土壤质量,提高农作物的产量,减少土壤腐蚀.通过焚烧、表面处置、填 埋等方法回用,或者作为土壤改良剂回用.但焚烧处理费用昂贵,填埋和表面处置不能从根本上解决问题, 所以作为土壤改良剂就成为首选的污泥处理方法[】 . 另外,污泥对矿山废弃地具有良好的修复效果,可增加土壤养分,促进土壤熟化.莫测辉等对矿山废弃 地的复垦进行了研究,结果表明,随污泥使用量的增加,废弃地有机质含量提高,土壤理化性质改善,水土 流失量减少L1 . 3.3用作建筑材料[9】 3.3.1制砖 在黏土中加入1O 污泥,并在900℃条件下烧制,利用污泥制成的砖被称为“生态砖”.此法不仅处理 了污泥,还在烧制过程中杀死了有害细菌和有机物,并将有毒重金属都封存在砖中.浙江大学的翁焕新教 授利用污泥具有热值较高和轻质地的特点,成功开发出一种轻质砖. 3.3.2制水泥 水泥的原材料中约6O 9/6为污泥,在i000 ̄1200℃的温度下烧制而成,燃料用量和CO 的排放量均较 低,因而该水泥又被称为“环保水泥”.近年来,日本尝试利用脱水污泥制造水泥. 3.3.3制轻质材料 污泥在砖窑中经过1050 ̄1100℃的高温处理后,其低密度、热绝缘性能、抗高温性能以及抗压强度完 全可与普通的轻质材料媲美,甚至优于普通的轻质材料.英国夏文公司利用洗煤厂产生的污泥在无泄露的 闭路系统中烧制人造骨粒,余热也得到了利用_2。。. 3.4其他用途 3.4.1污泥沼气发电 第5期 陈江萍,等:污泥处理、处置及资源化技术研究 I二I ] ] ]] ] ] 89 ] ] 污泥厌氧发酵产生沼气,最终转化为电能和热能,可用来发电.污泥发电不仅可以得到电能,还能去除污 泥臭味,减少污泥体积.据调查,目前青岛市麦岛污水处理厂利用沼气发电日均节约电耗可达48 ~75.4 (沼气发电机组正常运行时),大大地减少污水处理厂日常电能消耗,降低运行成本,提高经济效益[u]. 3.4.2热处理制原油 利用污泥中有机质在加热条件下部分热裂解产生衍生物的技术,使污泥转化为燃烧特性优越的油、炭 和可燃气.这样不但有效控制了重金属的排放,还产生了新能源. 4结束语 尽管对污泥的处理和最终处置方式不同且各有利弊,但我们的最终目标都是希望污泥经过减量化、稳 定化和无害化处理后作为资源回用.我国《城镇污水处理厂污泥泥质》总的原则是“城市污水处理厂污泥应 本着综合利用、化害为利、保护环境、造福人民的原则进行妥善处理和处置”.因此,解决污泥的最终出路, 不但要充分考虑到它对人类健康和生存环境的影响以及处理成本的可承受性等因素,还要尽可能变废为 宝、资源化利用,满足可持续发展的要求. 参考文献(References): 文炎,张竹青.污泥堆肥化技术研究进展EJ].长江大学学报:自然科学版,农学卷,2007,4(1):95—98. 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