國內外汙泥處置技術及未來發展(zhǎn)趨勢
1汙泥處理與處(chù)置技術從目前國際上已建成運行的汙泥處理處置項(xiàng)目(mù)來看,常見的汙泥處理方式(shì)有好氧(yǎng)發酵(堆肥)、厭氧(yǎng)消化、幹化(huà)、焚燒。汙泥處置方式有土地利用、填(tián)埋、綜合利用。由於國(guó)情不同,各國采用的處理方式和技術也各不相同。1.1好氧發酵汙泥好氧發酵技(jì)術(shù)是(shì)利用(yòng)汙(wū)泥中的微生物進行發酵的一(yī)項新的生物處理技術,在實際(jì)應用中可以達到無害化、減量化、資源(yuán)化的效(xiào)果,並且具有經濟、實用不需外加能源、不產生二次汙染等特點(diǎn)。目前,國內(nèi)外研究學者針對堆肥過(guò)程(chéng)中的條件控製、重金屬控製、保氮技術以及技術工藝方麵進行了大量的研究,取得了很多有價值的成果[2-7]。汙泥好氧發酵技術經過近幾十年的發展,取得了(le)很大的進步,但在技術理(lǐ)論和工藝上還存在一些瓶頸,如需(xū)要(yào)大量輔料、臭氣控製難、存在人畜健康安(ān)全(quán)風險等,好氧發酵技術仍有很大的提高潛力。1.2厭(yàn)氧消化(huà)汙泥厭氧消化是指在無氧條件下,由(yóu)兼性菌和厭(yàn)氧菌將汙泥中可生物降解的(de)有(yǒu)機物分解成(chéng)二氧化碳、甲烷和水等穩定物質,同時減小汙泥(ní)體積,去除臭(chòu)味,殺(shā)死寄生蟲卵,回收利(lì)用消化過程中產生的(de)沼(zhǎo)氣的過程。汙泥厭氧消化以其高效(xiào)的(de)能量回收和較低的環境影響(xiǎng)是目前國際上應用廣泛的汙泥穩定化(huà)和資源化的處理方法。國際上眾多(duō)學者一直致力於厭氧消化技術[8]的研究,並使其(qí)獲得了廣泛的應用和長(zhǎng)足的發展。總體來說(shuō),汙泥(ní)厭氧(yǎng)消化技術在我國尚未取得(dé)突破性(xìng)進展,關鍵技(jì)術和設備主要依靠進口,投資相對(duì)較高,運行效(xiào)果較差,沼氣利用環節(jiē)存在(zài)障礙,共同構(gòu)成了該技術在國(guó)內推廣應用的限製因素。1.3幹(gàn)化焚燒汙泥焚燒[9]是指在(zài)空氣供給過量的條件下,將汙泥加(jiā)熱(rè),並在高溫(850~1100℃)下氧化、熱解並徹底破壞其(qí)中的有機物和病原體等物質的方式。焚燒裝置有多種型式,目前(qián)使用較多(duō)的有豎(shù)式多級焚燒爐、轉筒式焚燒爐、流化焚燒爐等。為了實現節能目的,需要將汙泥先幹化,大幅降低(dī)其含(hán)水率後再進行焚燒。因此,目前的汙泥焚燒工程一般采用幹化和焚燒聯用的處理工藝。1.4土地利用土地利用是指(zhǐ)將(jiāng)汙泥直接或間接(jiē)(經過好氧發酵或厭氧消化後)用於農田、菜地、果園、草坪、綠化以及土壤改良,或將達到一定標準的汙泥用(yòng)作填埋場的覆蓋(gài)土。近(jìn)年來,美國、加拿大及一些(xiē)歐盟國家鼓勵采用土(tǔ)地利用技術將符合泥質要求的汙泥(ní)直(zhí)接或好氧發酵後用於綠化、土地修複等。研究內容主要集(jí)中在汙泥的穩定化和無害化土地利用方法、汙泥的肥效和(hé)對農作物的增產價(jià)值等方麵,在(zài)汙泥對土壤質(zhì)量、植物等的潛在影響以及汙染控製方麵也進行了相關研究[10-14]。1.5海洋傾倒海洋傾倒操作簡單,對於沿海城市來說其處理費用較低,但是,隨著生態(tài)環境意(yì)識的加強,人們越來越多(duō)地關注汙泥海洋(yáng)傾倒對(duì)海洋生態環境可能(néng)存在的(de)影響。美國於1988年已禁(jìn)止汙泥海洋傾倒,從1998年底,歐共體城市廢水處(chù)理法令(91/271/EC)已經禁止其成員國(guó)向海洋傾(qīng)倒汙泥。中國政府於1994年初接受3項國(guó)際協議,承諾於1994年(nián)2月20日起不在海(hǎi)上處置工業廢物(wù)和汙水汙泥。1.6衛生填埋汙泥衛生填埋始於20世紀60年代,填埋操作簡單、費用低、適應性強汙泥可單獨(dú)或與其他(tā)固體廢棄物(如城市垃圾等(děng))一起填埋。但存在這樣一些問(wèn)題[15]:因汙泥含水量高,且滲(shèn)瀝水屬(shǔ)高濃度有(yǒu)機汙水,必須收集處理以防止二次汙染(rǎn);填(tián)埋場壓實機械工作難度加大;填埋場的(de)衛生狀況惡劣。2國(guó)內外汙泥處理現狀2.1國外汙泥處(chù)理與處置現狀國外的(de)城市汙水汙泥處理與處置已經有近100a的曆史,無(wú)論是進行有效利用還是進行填埋處(chù)置,汙泥處理的目的與其他廢棄物的處理(lǐ)一樣,皆是(shì)以減量化(huà)、穩定化、無害化和資源(yuán)化為目的。要達到這一目的,必須通過各種機械和各種處理構築物的有(yǒu)機結(jié)合(hé),組成汙泥處理、處置係統。汙泥處置的基本步驟為:濃縮、脫水、幹燥、焚燒等,這些操作均能起到濃縮汙泥的作用。通常情況下國外城市汙泥處(chù)理(lǐ)係統工藝流程一般有下列4類[16]:(1)原汙泥→濃縮→脫水→處(chù)置脫水濾(lǜ)餅;(2)原汙泥(ní)→濃縮→脫(tuō)水→焚燒→處置灰分;(3)原汙泥→濃縮→消化→脫水→處置脫水濾餅;(4)原汙泥→濃縮→消化→脫水→焚燒(shāo)→處置灰分。根據日本對318個汙水處理廠的統計[17],汙泥處理方(fāng)式(1)占34%;方式(shì)(2)占8.8%;方式(3)占26%;方式(shì)(4)占5.7%。日本汙泥處置主(zhǔ)要方法是焚燒,約占汙泥處置總量的55%。據美國(guó)環保署估計,自從1972年政府頒布水淨化條例以來,汙(wū)泥量逐年快速地增加,2010年達到820萬t。在英國,根據資料[18,19],汙水處理產生的汙泥(ní)年產量為110.7萬t幹汙泥英國汙泥處置的主要方法是農用(yòng)(占46.6%),其次為汙泥排(pái)海(占33.5%)。隨著環境問題的日(rì)益嚴重,歐共體在協定(dìng)中規定汙水(shuǐ)汙泥(ní)排海的期限為1998年12月31日,這意味(wèi)著英(yīng)國將有33.5%的汙泥轉向陸地處置。目前英國用於填埋所占比例較小,隻(zhī)占(zhàn)汙泥處理(lǐ)量的8%,從長遠的觀點來看,將經過厭氧消化、化學或熱處理、長時間堆放等處理後的汙泥回用於(yú)農田,是英國汙泥處置(zhì)的發展方向。目前,世界範圍內常(cháng)用的汙(wū)泥處置方法有農用、填埋、投海、焚燒等。美國和英國以農用為主,西歐以汙(wū)泥填埋為主,日(rì)本以焚燒為主,而澳大利亞以汙泥填埋和投海(hǎi)為主。歐盟國家對汙泥處置[20]的發展趨勢進行綜合分(fèn)析,由於可(kě)使用土地麵積、處理成本、越來越嚴格的環境標準以及資源回收(shōu)政策的普及,同時考慮(lǜ)到未來10a到20a間汙泥性質的巨大變化等因素,2005年(nián)歐盟各國采用汙泥處置方式的(de)比例為:回收利用占45%,焚燒占38%,填埋占17%。2.2國內汙泥處理處置(zhì)現狀我國一些中小城市基本上沒(méi)有建造汙水處理設施,即使有汙水(shuǐ)處理廠的大中城市,其(qí)汙(wū)泥處理設(shè)施90%以上不配套。已建成(chéng)的汙水處理廠中,汙泥未經任何處理就直接(jiē)農用的占70%以(yǐ)上。既使在設有消化池的汙水處理廠,消化後的汙泥也隻是(shì)稍加脫水(shuǐ)後就直接農用,很難符合(hé)汙泥農(nóng)用衛生標準,汙泥處置技術比發達國家較落後。汙泥處理工藝從國內已運行的城市汙(wū)水處理廠來看,汙泥處(chù)理工(gōng)藝包括汙泥濃縮、穩定(dìng)、脫水、終處置4個主要過(guò)程。目前,我國已(yǐ)開始將汙水處理廠汙泥(ní)用於土地填埋和城市綠化,並將汙泥作基質,製(zhì)作複合肥用於農業等。但(dàn)總的狀況還是以汙泥土(tǔ)地利用的形式為主,將汙泥用於農(nóng)業。由於國(guó)內在汙(wū)泥管理方麵對(duì)汙泥所含病原(yuán)菌、重金屬和有毒有機物等理化指標及臭氣等感(gǎn)官指標控製的重視程度還不夠高,因此限製(zhì)了對汙泥的進一步處置利用。國內汙泥處置技(jì)術所占的比例為:農業利(lì)用占44.83%,土(tǔ)地填(tián)埋占31.03%,無汙泥處(chù)置占13.79%,綠化占3.45%,焚(fén)燒占3.45%,與垃圾混合填埋占3.45%。國內的汙(wū)泥有13.79%沒有作任何處置,這將對環境帶來巨大危害。汙泥散發的臭氣汙(wū)染嚴重,病原菌對人類健康產生潛在威脅,重金屬和有毒有害有機物汙染地表和地下(xià)水係統。造成(chéng)這種現象的原因有:由於國內汙泥處、理處置的起步較晚(wǎn),許多城市沒有將汙泥處置場所納入城市總(zǒng)體規劃,造成(chéng)很多汙水處理廠難以找(zhǎo)到合適的汙(wū)泥處置方法和汙泥棄置場所;我國汙泥利用的基礎薄弱,人們對汙泥利用的認識存在嚴重不足,對汙(wū)泥(ní)的處置問題缺乏關(guān)注,給(gěi)一些有害汙(wū)泥(ní)的處置留下了隱(yǐn)患;汙泥利用率不是(shì)很高,仍有一部分的汙(wū)水處理廠汙泥隻(zhī)經儲存即由環(huán)衛部門外(wài)運市郊直接堆放。汙泥的隨意堆放(fàng)很(hěn)容易產生二次汙染,並造(zào)成汙(wū)泥資源的浪費。因此我國當前麵臨的問題(tí)是應盡快發(fā)展汙泥處置技術來解決不斷增長的汙(wū)水(shuǐ)汙泥(ní)。3汙泥處(chù)理(lǐ)與處置(zhì)技術發展趨勢近年來,還出現了一些新興技術,如汙泥的等離子體處(chù)理技術正(zhèng)逐漸應用於城市有機廢棄物的處理,瑞典、美國、德國、日本等國已建起了(le)一定規模的等(děng)離子體處理廠,近年(nián)來(lái)在我國也有所發展[21]。新發展起來的超聲波汙泥處理技術,由於聲能利用效率和能耗的問題而沒有大規(guī)模使用,但與其他汙泥處理工藝聯合(hé)使用具有廣闊的前景。汙泥作為建材利(lì)用的多項技術在世界先進國家(jiā)已經相對成熟,其中建築磚塊、輕質材料(liào)以及水泥材(cái)料等技術,已經在日本、德國等國家開(kāi)始進行規(guī)模化生(shēng)產應用或正在計劃大規模生產再利用。汙泥的其他處理(lǐ)處置(zhì)方(fāng)法如汙泥改性製吸附劑、製活性炭、用作粘結劑、汙泥油(yóu)化、降解氯代化合物都有一定的研究,但還處於探索研究階段(duàn)。經(jīng)過幾十(shí)年(nián)的發展,歐美、日本等發達國家已形成了相對(duì)完善的汙(wū)泥處理處置技術路線[22],相關設備的(de)應用也趨於成熟,相關的法律法規及標準規範已比(bǐ)較完善。近年來,日本對汙泥處理處置技術路(lù)線進行(háng)了戰略調整,逐漸轉向了汙泥資源化利用,汙泥(ní)焚燒(shāo)灰(huī)分也用(yòng)於生產建築材料(liào)。綜上,歐美、日本等發達國家汙泥處理處置的總體思路是汙泥的資源化利用,並將土地利用作為汙泥處置的主要方式和鼓勵方向。因此(cǐ),厭氧消化、好氧發酵、土地利用、建材製造等資源化處理處置技術將會(huì)是國際上汙泥處理處置的研究重點,在保證汙泥無害化的(de)前提(tí)下(xià),實現汙(wū)泥(ní)的較大程度的(de)利用已經成(chéng)為了國(guó)際汙泥處理處置領域發展的(de)趨勢。4結語目前(qián),我國產生的汙泥約(yuē)48.28%為土地(dì)利用、填埋34.48%、焚燒(shāo)3.45%、13.79%未進行合理處置,總體狀況以土地利用形式為主,大部分用於農(nóng)業[23]。仍有大部(bù)分的汙(wū)泥沒有得到合(hé)理的處置,這將會對環境帶來潛在的危害。結合我國人口眾多、資源和能源相對匱乏的基本國情,汙(wū)泥的再利用技術非常具(jù)有開發價(jià)值。可見汙泥的資源化和能源化利用將是國內汙泥行業(yè)未來重要的(de)發展(zhǎn)方向。