國內(nèi)外汙泥(ní)處置技術及(jí)未來發(fā)展趨勢
1汙泥處理與處置技術從目前國際上已建成運行的汙泥處理處置(zhì)項目來看(kàn),常見的汙(wū)泥處理方式有好(hǎo)氧發酵(堆(duī)肥(féi))、厭(yàn)氧消化、幹化、焚燒。汙泥處置方式有土地利用、填埋、綜合利用。由於國情不同,各(gè)國采用的處理方式和技術(shù)也各不相同。1.1好氧發(fā)酵汙泥好氧發酵技術是利(lì)用汙泥中的微生物進行發(fā)酵的(de)一項新的生(shēng)物處理技術,在實際應用中可(kě)以達到無害化、減量化、資源化的效果,並(bìng)且具有經濟(jì)、實用不需外加能源、不產生二次(cì)汙染等特點。目(mù)前,國內外研究學(xué)者針對(duì)堆(duī)肥過程(chéng)中的條件控製、重金屬控(kòng)製、保氮技術以及技術工藝方麵進行了大(dà)量(liàng)的研究,取得了很(hěn)多有價值的成果(guǒ)[2-7]。汙泥好氧發酵技術(shù)經過近幾十年的發展(zhǎn),取得了很大的進步,但在技術理論(lùn)和工藝上還存在一些瓶頸,如需(xū)要大量輔料、臭氣控製難、存在人畜健康安全風險(xiǎn)等,好氧發酵技術仍有很大的提高(gāo)潛力。1.2厭氧消化汙泥(ní)厭氧消化是指在無氧條件(jiàn)下,由兼性(xìng)菌和(hé)厭氧菌將(jiāng)汙泥中可生物降解的有(yǒu)機物分解成二氧(yǎng)化碳、甲烷和水等穩定物質,同時(shí)減小汙泥體積,去除臭味,殺死寄生蟲卵,回收利用消化過程中(zhōng)產生的沼氣的過程。汙泥厭氧消化以其高效的能量回收和較低的環境影(yǐng)響(xiǎng)是目前國際上應用廣泛的汙(wū)泥穩定化和(hé)資源化的處理方法。國際上眾多學者一直致力於(yú)厭氧消化技術[8]的研究,並使其(qí)獲得了廣泛的應用和長足的發展。總體(tǐ)來說,汙泥厭氧(yǎng)消化技術在我國尚未取得突破性進展,關鍵技術和(hé)設備主要(yào)依靠進口,投資相對較高,運行效果(guǒ)較(jiào)差,沼氣利用環節存在障礙(ài),共同構成(chéng)了該技術在國內推廣(guǎng)應用的(de)限製因素。1.3幹化焚燒汙泥焚燒[9]是(shì)指(zhǐ)在空氣供給過量的條件下,將汙泥加熱(rè),並在高溫(850~1100℃)下氧化、熱解並徹(chè)底破壞其中的有機(jī)物和病原體等物質的方式。焚燒裝置有多種型式,目前使用較多(duō)的有豎式多級焚燒爐、轉(zhuǎn)筒式焚燒爐、流化(huà)焚燒爐(lú)等。為了實現節能目的,需要將汙泥先幹化(huà),大幅降低(dī)其(qí)含水率後再進行焚燒。因此,目前的汙泥焚燒工程一般采用幹化和焚燒(shāo)聯用的處理工藝。1.4土地(dì)利用土(tǔ)地利用是指將汙泥直接或間接(經過好氧發酵或厭氧消化後)用於農(nóng)田、菜地、果園、草坪、綠(lǜ)化以及(jí)土壤改良,或將達到一定標準的(de)汙(wū)泥(ní)用作填埋場的覆(fù)蓋土(tǔ)。近(jìn)年來,美國、加拿大及一些歐盟國家(jiā)鼓勵采用土(tǔ)地(dì)利用技術將符(fú)合泥質要求的汙泥(ní)直接或好氧發酵後用於綠化、土地(dì)修複等。研究內容主(zhǔ)要集中在汙泥的穩定化和無害化土地利用方(fāng)法、汙泥的肥效和對農作物的增產價值等方麵,在汙泥(ní)對土壤質量、植物等的潛在影響以及汙染控製方麵也進行了相關研(yán)究[10-14]。1.5海洋傾倒海洋傾倒操作簡(jiǎn)單,對於沿海城市來說其處理費用較低,但是,隨著生態環境意識的加強,人們越來越多地關注汙泥海洋傾倒對海洋生態環境可能(néng)存在(zài)的影(yǐng)響。美國於1988年已禁止汙泥海洋傾倒,從1998年(nián)底,歐共體城市廢水處理法令(91/271/EC)已經(jīng)禁止其成員國(guó)向海洋傾倒汙泥。中國政府於1994年初接受3項國際協議,承諾於1994年2月20日起不在海上處置工業廢物和汙水汙泥。1.6衛生填埋汙泥衛生填埋始於20世紀60年代,填埋(mái)操作簡單(dān)、費用低、適應性(xìng)強汙泥可單獨或與其(qí)他固體廢棄物(如城市垃圾等)一起填埋。但存在這樣一些問題(tí)[15]:因(yīn)汙泥含水(shuǐ)量高,且滲瀝水屬高濃度有機汙水,必(bì)須收集處理以防(fáng)止二次汙染;填埋場壓實機械(xiè)工作難度加大;填埋場的(de)衛生狀況惡劣。2國內外汙(wū)泥處理現狀2.1國外(wài)汙泥處理與處置現狀國外的城市汙水汙泥處理與(yǔ)處置已經有近100a的曆史,無論是進行有效利用還是進行填埋處置,汙泥處理的目的與其他廢棄物(wù)的處理一樣,皆是以(yǐ)減量化、穩定化、無害化(huà)和資源化為目的。要達到這一目的,必須通過各種機械和各種(zhǒng)處理(lǐ)構築物的(de)有機結合,組成(chéng)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(néng)起到濃縮汙泥的作用。通常情況(kuàng)下(xià)國外城市汙泥處(chù)理係(xì)統工藝流程一般有下列4類[16]:(1)原汙泥(ní)→濃縮→脫水→處置脫水濾餅;(2)原汙泥→濃縮→脫水→焚燒→處置灰分;(3)原汙泥→濃縮→消化(huà)→脫水→處置脫水濾餅;(4)原汙泥→濃縮(suō)→消化→脫水(shuǐ)→焚燒→處置灰分。根據日本對318個汙水處(chù)理廠(chǎng)的統計[17],汙泥處理(lǐ)方式(1)占34%;方(fāng)式(2)占8.8%;方式(3)占(zhàn)26%;方式(4)占5.7%。日本汙泥處置主要方法(fǎ)是(shì)焚燒,約(yuē)占汙泥處置總量(liàng)的(de)55%。據美國環保(bǎo)署估計,自從1972年政府頒布水淨化條例以來,汙泥量逐年(nián)快速(sù)地(dì)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年產量為110.7萬t幹汙泥英國(guó)汙泥處(chù)置的主要方法是農用(占46.6%),其次為汙泥排海(占33.5%)。隨著環境問題的日益(yì)嚴重,歐共體在協定中規定(dìng)汙水汙泥排海的期限為1998年12月31日,這意味著英國將有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(xiǎo),隻(zhī)占汙泥處理量的8%,從長遠的觀點(diǎn)來看,將經過厭氧消化、化學(xué)或熱處理、長時間堆(duī)放等處理後的汙泥回用於農田,是英國汙泥處置的(de)發展(zhǎn)方向。目(mù)前(qián),世界範圍內常用(yòng)的汙泥處置方(fāng)法有(yǒu)農用、填埋、投海(hǎi)、焚燒等(děng)。美國和英國以農用(yòng)為主(zhǔ),西歐以汙泥填埋為主,日本(běn)以焚燒為主,而澳大利亞以汙泥填埋和投海為主。歐盟國家對汙(wū)泥處置[20]的發展趨勢進行綜合分析,由於可使用(yòng)土地麵積、處理成本、越來越嚴格的環境(jìng)標準以及資源回收政策的普及,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年歐盟各國采用(yòng)汙泥處置方式的比例為:回(huí)收利用占45%,焚燒占38%,填埋占(zhàn)17%。2.2國內汙泥(ní)處理處置現狀我國一些中(zhōng)小城市基本(běn)上沒有建(jiàn)造汙水處理設施,即使有汙水處理廠的大中城(chéng)市(shì),其汙(wū)泥(ní)處理設施90%以上不配套。已建(jiàn)成的汙水處理廠中,汙泥未經任何處理就直接農(nóng)用的占70%以上。既使在設有消化池的汙(wū)水處理廠,消化後(hòu)的汙泥也隻是稍加脫水後就直接農用,很難符合汙(wū)泥農用衛(wèi)生標準,汙泥處置技術比發達國(guó)家較(jiào)落後。汙泥處理(lǐ)工藝從國內已運(yùn)行的(de)城市汙水處理廠來看,汙泥處理工藝包括(kuò)汙泥濃(nóng)縮、穩定、脫水、終處置4個主要過程。目前,我國已開(kāi)始將汙水處理廠(chǎng)汙泥(ní)用(yòng)於土(tǔ)地(dì)填埋和城市綠化,並將汙泥作基質,製作複合肥用於農業等。但總的狀況還是以(yǐ)汙泥土地利用的形式為主,將汙泥用於農業。由於國內在(zài)汙泥管理方麵對汙泥所含病(bìng)原菌、重金屬和有毒有機物等理化指標及臭氣等感官指標控(kòng)製的重視程度(dù)還不(bú)夠高,因此限製了對汙泥(ní)的進一步處置利用。國內汙泥處置技術所占(zhàn)的比例為:農業利用占44.83%,土地(dì)填埋占31.03%,無汙泥(ní)處置占13.79%,綠(lǜ)化占3.45%,焚(fén)燒占3.45%,與垃圾混合填埋占3.45%。國內的汙泥有13.79%沒有作任何處置,這將對(duì)環境帶來巨大危害。汙泥散發的臭氣汙染嚴重,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水係統。造成這種現象的原因有:由於國內汙泥處、理處置的起步較晚,許多城市沒有將汙泥處(chù)置場所納入城市總體規劃,造成很多汙(wū)水處理(lǐ)廠難以找到合適(shì)的汙泥處置方法和汙泥棄置場所;我國汙泥利用的(de)基礎薄弱,人(rén)們對汙泥利用的(de)認識存在嚴重不足,對汙泥的(de)處(chù)置問題缺乏關注,給(gěi)一些有害汙(wū)泥的處置留下了隱患;汙泥利用率不是很高,仍(réng)有一部分的汙水處理廠汙泥隻經儲(chǔ)存即(jí)由環衛部門外運市郊直接堆放。汙(wū)泥的(de)隨意堆放很(hěn)容易產生二次汙染,並造成汙(wū)泥資源的浪費。因(yīn)此我(wǒ)國當前麵臨的問題是應盡(jìn)快發展汙泥處置技術來解決不斷增長的汙(wū)水(shuǐ)汙(wū)泥。3汙泥處理與處(chù)置(zhì)技術發展(zhǎn)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)理技術正逐漸(jiàn)應用於城市有機廢棄物的處(chù)理,瑞典(diǎn)、美(měi)國、德國、日本等國已建起了(le)一定規(guī)模的等離子(zǐ)體處理廠,近(jìn)年來在我國也有(yǒu)所發展[21]。新發展(zhǎn)起來的超聲波(bō)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模(mó)使用,但與其他汙(wū)泥處理工藝聯(lián)合使用具有廣(guǎng)闊的前(qián)景。汙泥作為建材利用的多項技術在世界先進國家已經相對成熟(shú),其中建築(zhù)磚(zhuān)塊、輕質材料(liào)以及水泥材料等技術,已經在日本、德國等國家開始進行規模化生產應用或正(zhèng)在計劃大規模生產再利用。汙泥的其他處理處置方法如汙泥改性製吸附劑、製(zhì)活性(xìng)炭、用作粘結劑、汙泥油化(huà)、降解(jiě)氯代(dài)化合物都有一定的研究,但還處於探索研(yán)究階(jiē)段。經過幾十年的發展,歐美、日本(běn)等發達國家已形成(chéng)了相對完善的汙泥處理處置技術路線[22],相關設備的應(yīng)用也趨於成熟,相關的法律法規及(jí)標準規範已比(bǐ)較完善。近年(nián)來,日本對汙泥處理處置技術路線進行了戰略調整,逐漸轉向了汙泥資源化利用,汙泥焚燒灰分也用於生產建築材(cái)料。綜上,歐美、日本等發達國家汙泥處理處置的總(zǒng)體思路是(shì)汙泥的資源化利用,並將(jiāng)土地利用作為汙泥處(chù)置(zhì)的主要方式和鼓(gǔ)勵方(fāng)向。因此,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是國際上汙泥處理處置的研究重點,在保證汙泥無害化的前提下,實(shí)現汙(wū)泥的較大(dà)程度的利用已經成為(wéi)了國際汙泥處理處置領域(yù)發(fā)展的(de)趨勢。4結語目前,我國產生的汙泥約48.28%為土地利用、填埋34.48%、焚燒3.45%、13.79%未進(jìn)行合理處置(zhì),總體狀況以土地利用形式為主,大部分用於農(nóng)業(yè)[23]。仍有(yǒu)大部分的汙泥沒有得到合理的處置,這將會對環境帶來潛在的危(wēi)害。結(jié)合我國人口眾多、資源和能源相對匱乏的基本國情,汙泥的再利用技術非常具(jù)有開發價(jià)值。可(kě)見汙泥的資源化和能源化利(lì)用將是國內汙泥行業未來重(chóng)要的發(fā)展方向。