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我国城镇污水厂污泥处理处置技术应用的路线思考

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-11-04  来源:上海市净水技术学会   作者:朱南文  浏览次数:9651
核心提示:近年来,城镇污水处理厂大量建成并投入运行,污泥产量越来越大,污泥处置问题显得非常紧迫。现阶段我国污泥处理处置路线应当如何选择?国外发达国家的成功案例可以带给我们什么启示?本期作者为上海交通大学环境科学与工程学院污泥处理处置技术专家——朱南文教授,从污泥处置的三大技术路线出发,探讨适合于我国国情的污泥处置产业发展方向。

城镇污泥是污水处理厂污水处理过程中的二次产物。对一个稳定运行的污水处理厂而言,每处理单位体积的污水都会产生一定数量的污泥,即有一定的污泥产率。从我国各地污水厂调查的情况看,大多数污水处理厂每处理1万m3的污水会产生5~10t脱水污泥(含水率以80%计)。从住建部报道的数据看,截至2015年6月底,我国已有城镇污水处理厂3802座,污水处理能力达到1.61亿m3/d,实际处理量达1.26亿m3/d。按前述污水厂污泥产率计算,我国每年的脱水污泥量已超过3200万t,且目前仍以每年5%~10%的速度在增长。如此产生的大量污泥,一旦处理失当,极有可能对环境造成二次污染,因此,如何合理、有效地处置污泥已成为环境工程界关注的热点问题之一。

1. 我国污泥处理处置的主要问题

过去几年中,围绕我国污泥处理处置的讨论一直是行业关注的问题,同济大学环境科学与工程学院院长戴晓虎教授曾指出,我国污泥处理处置的主要问题在于:①我国污泥泥质有别于其他国家,处理处置难度大;②关键共性技术及装备有待突破,产业链集成水平有待提高;③整体技术路线不清晰,政策标准体系不完善。由此可见,我国污泥处理处置行业的破题之策,一是在于清晰地明确适合我国国情和泥情的技术路线,二是在于从法律法规和补贴及政策扶持层面引导污泥处理处置行业的良性有序发展。

就污泥处理处置的技术路线而言,《城镇污水处理厂污泥处置˙分类》(GB/T  23484-2009)将污泥处理处置技术路线分为四类,包括污泥焚烧、建材利用、土地利用和土地填埋等。中国水协排水委员会主任杨向平先生曾通俗易懂地提出过“填埋肯定比乱扔好,但是得找到场地;焚烧肯定比填埋好,但得治理好烟气;利用比焚烧好,但得严格管理”的观点。从技术层面而言,我国近年来已针对各种可行的污泥处理处置技术进行了大量的研究和应用,已具备实现相关技术路线的技术能力,技术问题已并非污泥处理处置的主要瓶颈,结合戴晓虎院长和杨向平先生的观点不难发现,真正的瓶颈问题在于各种污泥处理处置技术路线的必要条件,即“填埋得找到土地、焚烧得治好烟气,以及利用得严格管理”。

相对我国,美国、日本与欧盟等发达国家在污泥处理处置领域的发展已颇为成熟,不仅仅在技术上,在政策保障和市场运营方面均积累了一些行之有效且适合各自国情和泥情的做法,本文即通过参考发达国家的成功经验,结合我国国情和泥情,对我国污泥处理处置技术路线的选择展开思考。

2. 我国污泥处理处置技术路线的选择

2.1 土地填埋:因地制宜,西部优先

污泥的土地卫生填埋始于20世纪60年代,规范的污泥填埋处置一般要求其抗压强度满足50kN/m2以上,由于早期其他污泥处理处置技术的缺乏,以及尚未形成科学的污泥处理处置技术路线,国内污泥单独填埋应用较多,但是效果并不理想,主要存在以下几个问题:①占用大量的土地资源;②可能造成填埋体变形或滑坡;③沼气/渗滤液收集管线易堵塞;④难以机械压实;⑤伴有恶臭对周边环境带来影响等。基于我国东西部地区经济发展及土地利用现状,有关管理部门提出“西部地区以填埋为主、东部地区以填埋为辅”的发展思路。

对我国东部地区而言,污泥土地填埋对土地的需求量与寸土寸金的土地稀缺资源形成矛盾,通过可行的政策制定和资金配套,东部地区应减少土地填埋所占污泥处理处置的比重。以美国为例,纵然其土地资源充足,但土地填埋依然仅占其污泥处理处置总量的17%,可见即便在土地条件允许的情况下,土地填埋已不再是污泥处理处置的首选。

对我国西部地区而言,由于经济能力相对较弱,应用焚烧等工艺的经济可行性较差,同时由于其土地条件相对较为充沛,因此土地填埋相对较为可行。但为了有效降低污泥土地填埋中容易发生的一些问题,应进一步通过超声波、热水解、电渗析和干化处理等手段满足污泥固化和稳定化的条件,在填埋施工中通过将生化污泥与矿化垃圾混合的方式解决污泥施工“压实难”问题,并通过技术手段切实保障后期填埋场的稳定化。

2.2 干化焚烧:严控烟气,东部为主

污泥焚烧具有快捷、集中、占地小、污泥减量化、稳定化、无害化等特点。目前,污泥焚烧技术已得到了迅速发展,尤其在发达国家已成为主流污泥处置技术。在2016年以前,美国的污泥焚烧占所有污泥处置技术的比例约22%,日本约68%,欧盟国家约20%~40%,而中国的污泥焚烧比例仅为3%。造成上述现状的原因是多方面的,一方面是有技术、经济、国情等的不同,另一方面也是由于人们对污泥焚烧会引发环境污染问题的担忧,这些都是制约污泥焚烧技术在中国推广的重要因素。

国家住建部在建设事业“十一五”规划纲要中曾指出,“鼓励东部地区、经济发达地区选用先进的焚烧处理技术”,即基于东部地区土地资源紧张、经济发展水平相对较高的客观情况所得出的结论。以上海为例,目前上海已建成三座污泥焚烧厂,未来上海污泥的处理处置趋势仍然将以焚烧为主,预计焚烧将占比62%以上。但仍需要关注的是,污泥焚烧严格意义上并不属于最终处置手段,在焚烧的过程中,除了要对烟气加以严格控制外,还需要考虑到焚烧灰的最终出路问题。

2.3 资源利用:政策配套,注重管理

污泥的资源化利用是污泥处理处置技术发展的最终趋势。污泥的资源化利用一般以建材利用和土地利用为主,在国外已有较多的成功案例。然而污泥的资源化利用除了需具备技术上的条件,更需要兼顾政策扶持和产品合理应用上的要求,可参考国外成功的实施案例,为我国污泥资源化利用提供借鉴。

2.3.1 污泥的建材利用

污泥的建材利用具有制砖、制水泥、制轻骨料以及制生化纤维板等形式,其中以制砖和制水泥较为普遍。但从经济和产品适用角度看,污泥制砖和制水泥是目前比较可行的建材利用方法。

污泥制砖可分别以干污泥或污泥焚烧灰为原料。以干污泥为原料制砖虽然能耗和经济成本较低,但干污泥的添加量与砖块质量成负相关,从日本制砖经验看,干污泥在制砖原料中的比重一般控制在4%以内,否则,容易引起砖块开裂并引起其抗压强度的下降。因此,德国、日本的污泥制砖目前均以焚烧灰制砖为主,采用污泥焚烧灰制砖,在其添加量达到制砖原料总量的45%时,所生产出的砖块依然具有理想的物化性能。

由于污泥的无机物质组成与水泥生产用的原料基本相似,因此将污泥脱水后可作为制造水泥的原料,不仅具有焚烧法的减容、减量化特征,而且还能为水泥窑炉提供热值。如果不考虑脱水污泥的运输成本,利用水泥窑协同处置脱水污泥具有较好的经济性、且节省了焚烧炉的购置成本,节约了新建污泥处理处置项目的建设费用和运行维护费用。由此可见,在寻求污泥建材利用的过程中,污泥与水泥行业的结合值得进一步探索研究。

参考国外的成功案例,日本是世界上对污泥建材利用最重视的国家之一,日本第一座“生态水泥厂”于2001年4月在千叶县正式投产,以污水厂污泥、下水道淤泥和垃圾焚烧飞灰残渣等作为原料,每年生产“生态水泥”的最大产能达到11万t。至2006年又相继建造了4座“生态水泥厂”,每年生产“生态水泥”的总产能达到75万t。

值得关注的是,对于污泥建材利用,日本政府制订了一系列配套的措施:在资金来源方面,由政府投资建厂或低息贷款等方式,降低企业在建设初期的投入成本;建材产品的出路方面,日本政府采用低价优先采购的模式,确保及时消化产能,又能在经济上使厂家实现一定的盈利。同时,为了确保污泥制建材产品在应用渠道上的可控;鉴于污泥中磷含量较高会引起砖块或水泥熔点降低的特点,其产品不得用做高层建筑材料;基于污泥中存在重金属等有害成分的事实,德国等国家规定,不论所生产出的产品重金属浸出效果如何,均不得用于与饮用水设施建设。

2.3.2 污泥的土地利用

污泥土地利用是将经过稳定化、无害化处理后的污泥(,通过深耕、播撒等方式施用于土壤中或土壤表面的一种污泥处置方式。由于污泥中的有机物、氮、磷等的含量比一般农家肥高,堆肥后的污泥可作为土壤的改良剂。从现有的应用来看,污泥土地利用主要包括污泥农用、园林绿化、林地利用、土壤修复及改良等。

然而,我国污泥的土地利用长期受到潜在的环境风险的制约,由于我国工业污水和市政污水混接现象普遍,污泥中存在的卤代物、二噁英、有机污染物和重金属等物质不可预计,合流制为主的排水体系也导致市政污水中混接入大量雨排水,污泥有机物含量相对国外较低,增加了安全风险,因此我国污泥的土地利用一直存在争议。

事实上,国外污泥的土地利用已非常成熟,如葡萄牙污泥土地利用率为100%,挪威为72%,美国也大量将污泥堆肥后,作为有机肥利用于果林土壤,起到了良好的种植效果,其中,实现严格的工业污水和市政污水分流是实现土地利用的关键因素。

就我国而言,实现污泥的土地利用任重道远。除排水体制上的重新规划外,产业链的扶持上也有待进一步完善,如政府如何扶持相关企业保证相关项目的经济可行性,以及如何通过政府对污泥产品的宏观调控,解决土地利用呈季节性需求特点和污泥持续产生之间的矛盾问题等。但有一个前提原则需要强调的是,污泥的土地利用必须经过可靠的稳定化和无害化处理,否则可能带来的环境风险相对土地利用带来的经济利益将得不偿失。

2.3.3 污泥的其他资源化利用

除土地利用和建材利用外,污泥生物质能的利用也是近年来重点关注的方向之一,尤其以污泥的厌氧消化以资源化回收利用沼气为代表。在厌氧消化的基础上,进一步通过高级热水解进一步提高产气效率、进一步研发磷回收等研究也在不断完善和应用,并逐步形成产业。但与土地利用和建材利用异曲同工的是,生物质能的利用同样需要上升到政策扶持层面进行通盘的考虑,从产业角度而言,唯有让运营单位或相关企业“得利”,才能充分发挥企业的积极性,从而正面推动污泥的无害化、稳定化和资源化进程。

3. 结论

污泥处理处置技术,无论是国内还是国外,总而言之均可总结为填埋、焚烧以及资源化利用三大类,然而在路线的选择上,做到“因地制宜、因泥制宜”是最根本的指导思想。在国外实现雨污分流、工业市政分流的地区,污泥泥质较好、有害污染物含量可控,可优先考虑污泥的土地利用;在产业链成熟、政府扶持力度和配套政策到位且规范标准齐全的国家(如日本),可优先考虑污泥的建材利用。就我国而言,现阶段污泥的资源化利用,无论从技术上还是产业链的构建都仍处于摸索阶段,焚烧和填埋仍将会在一定时间内成为我国污泥处理处置的主要渠道,其中“东部建议焚烧、西部建议填埋”相对较为符合国情,也比较具备可操作性。然而,伴随着新技术的不断研发和应用,以及产业配套政策的不断成熟,在有条件的地区,仍应大胆尝试对污泥的资源化利用,逐步摸索适合我国国情的污泥产业模式,形成产业链的良性发展。

 
关键词: 污泥

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