污泥處理與資源化利用方案選擇

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　污水處理產(chǎn)生的大量污泥的任意堆放和投棄對環(huán)境造成了新的污染，如何妥善處置這些污泥已成為全球共同關(guān)注的課題，當(dāng)今的共識是將污泥視為一種資源加以有效利用，在治理污染的同時變廢為寶［1～3］。

　　1、污泥處理方法

　　隨著海洋投棄被禁止，污泥棄置的比例正逐漸減少，同時土地填埋也受到越來越嚴(yán)格的限制，因為填埋需占用大量土地、耗費可觀的填埋費用且不能根治污染。在今后數(shù)年里美國的大部分污泥填埋場將關(guān)閉，歐盟也將規(guī)定填埋必須和焚燒相結(jié)合，只有焚燒灰才可以被填埋。人們已認識到污泥處理的優(yōu)先順序是減容、利用、廢棄［1］，污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化處理后作為資源回用已經(jīng)成為主流。污泥利用可分為土地利用和熱能利用，具體方法包括堆肥、堿性穩(wěn)定化、熱干化、焚燒等。

　　1.1 堆肥堆肥是利用污泥中的微生物進行發(fā)酵的過程。在污泥中加入一定比例的膨松劑和調(diào)理劑（如秸桿、稻草、木屑或生活垃圾等），利用微生物群落在潮濕環(huán)境下對多種有機物進行氧化分解并轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)。研究表明，經(jīng)過堆肥的污泥質(zhì)地疏松，陽離子交換量（CEC）顯著增加、容重減小、可被植物利用的營養(yǎng)成分增加、病原菌和寄生蟲卵幾乎全被殺滅［4］。

　　目前采用的方法有靜態(tài)和動態(tài)堆肥兩種。有些地方仍沿用傳統(tǒng)的條形靜態(tài)通風(fēng)垛，一些發(fā)達國家則多采用現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)酵倉工藝，如日本至20世紀(jì)90年代末已建了35座污泥堆肥廠，其中最大的堆肥廠在北海道的札幌市，其發(fā)酵倉和生產(chǎn)線很具規(guī)模且機械化自動化程度高［2］。國內(nèi)的唐山、常州等地也采用發(fā)酵倉處理污泥。

　　1.2 堿性穩(wěn)定化堿性穩(wěn)定化是在污泥中加入石灰或水泥窯灰等堿性物質(zhì)，使污泥pH＞12并保持一段時間，利用強堿性和石灰放出的大量熱能殺滅病原體、降低惡臭和鈍化重金屬，處理后污泥可直接施用于農(nóng)田。

　　堿性穩(wěn)定化的兩個主要處理方法是N-ViroSoil和Agri-Soil方法。前者是在堿性穩(wěn)定后通過機械翻堆或其他方法使污泥快速干燥，后者則是在混合堿性物料后進行堆肥。美國愛森技術(shù)公司開發(fā)了成套N-Viro設(shè)備并在美國、澳大利亞等地使用，其自動化程度高，處理濕污泥量可達50～240t/d. 1.3　熱干化?熱干化是利用熱能將污泥烘干。干化后的污泥呈顆?；蚍勰?，體積僅為原來的1/5～1/4，而且由于含水率在10%以下微生物活性完全受到抑制而避免了產(chǎn)品發(fā)霉發(fā)臭 ，利于儲藏和運輸。熱干化過程的高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全達到衛(wèi)生指標(biāo)并使污泥 性能全面改善，產(chǎn)品可作替代能源也可土地利用。20世紀(jì)90年代熱干化技術(shù)得到迅速發(fā)展，2000年世界干污泥產(chǎn)量已是1990年的10倍［5］。目前在設(shè)備市場技術(shù)領(lǐng)先的有奧 地利的Andritz公司、比利時的Seghers公司和美國的Bio-Gro等，其設(shè)備可蒸發(fā)水量為0.5～ 10t/h（相當(dāng)于處理含水率為20%的濕污泥15～300t/d），而且設(shè)備自動化程度高、安全性能好。

　　熱干化按加熱方式可分為直接加熱和間接加熱，其中有代表性的是歐洲最大的直接加熱污泥干化廠——英國的Bransands（可蒸發(fā)水量為7×5000kg/h）以及世界最大的間接加熱干化廠——西班牙的巴塞羅那（可蒸發(fā)水量為4×5000kg/h）。國內(nèi)的大連、秦皇島和徐州等地也開展了污泥熱干化生產(chǎn)的研究，都采用直接加熱方式。

　　1.4 焚燒

　　通過焚燒可利用污泥中豐富的生物能來發(fā)電并使污泥達到最大程度的減容。焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機殘余物被氧化分解。焚燒灰可用作生產(chǎn)水泥的原料，使重金屬被固定在混凝土中而避免其重新進入環(huán)境，不足之處在于焚燒過程中會產(chǎn)生二英等空氣污染物。目前應(yīng)用最廣的焚燒設(shè)備是流化床焚燒爐，當(dāng)污泥的含水率達到38%以上時就可不需要輔助燃料直接燃燒［6］，污泥焚燒在日本和歐美較為普遍，日本有61%的污泥采用焚燒處理。

　　另外目前正在發(fā)展一種新的熱能利用技術(shù)——低溫?zé)峤?，即?00～500℃、常壓和缺氧條件下，借助污泥中所含的硅酸鋁和重金屬（尤其是銅）的催化作用將污泥中的脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成碳氫化合物，最終產(chǎn)物為油、碳、非冷凝氣體和反應(yīng)水。熱解前的污泥干燥就可利用這些低級燃料（碳、氣和水）的燃燒來提供能量，實現(xiàn)能量循環(huán)；熱解生成的油（質(zhì)量上類似于中號燃料油）還可用來發(fā)電。第一座工業(yè)規(guī)模的污泥煉油廠在澳大利亞柏斯，處理干污泥量可達25t/d［6］。

　　2、污泥利用方案的選擇?

　　面對眾多的污泥利用方案，Bridle等提出用生命周期評價法即從“環(huán)境衛(wèi)生安全、資源回收、資源投入產(chǎn)出比和收益影響比 ”四個方面評估污泥利用方案的可持續(xù)性［7］。因各地區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r有差別，所得出的結(jié)論也不同，所以應(yīng)根據(jù)本地實際情況選擇適合的污泥利用方案。

　　2.1 污泥利用的潛在風(fēng)險污泥利用需滿足嚴(yán)格的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能造成新的環(huán)境危害。污泥利用的環(huán)境問題是重金屬和氮對土壤、作物、水體的影響以及病原物污染，所以具有潛在風(fēng)險。污泥的熱能利用無疑是風(fēng)險最小的，而土地利用則需嚴(yán)格管理，只有重金屬含量低于農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)才可用于農(nóng)作物，而且污泥肥的施用也需嚴(yán)格定量以控制重金屬的積累和減少氮、磷淋失對水體的污染。至于病原物污染，熱干化的安全性較佳，因其高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全抑制微生物的活性；堿性穩(wěn)定化基本上也能達到安全標(biāo)準(zhǔn)；堆肥則不足以保證安全性［8、9］，因病原物仍有少量存活且產(chǎn)品的高含水率（一般為30%～40%）可使病原物復(fù)活，故采用堆肥方案時需加強對堆肥質(zhì)量、場所和施用場地的管理。

　　2.2 利用方法的比較?污泥土地利用可回收植物生長所需養(yǎng)分并且改善土壤的物理性質(zhì)（降低容重、提高滲透性和保濕性），其收益是顯著的，但前提是污泥必須安全。焚燒既可回收熱能又可通過干餾提取油、氣等，不但可做燃料也可用于制造四氯化碳等化工產(chǎn)品，具有工業(yè)化利用前景，因此當(dāng)污泥不能農(nóng)用或者污泥量大于農(nóng)用需求量時，焚燒也是一種選擇。歐洲將來有30%的污泥土地利用、70%熱能利用。而在所有方案中，無疑熱干化最具靈活性，對可農(nóng)用的污泥進行熱干化處理后可形成高質(zhì)量的顆粒肥，易撒播且適宜包裝上市銷售，對不可農(nóng)用的污泥無論直接焚燒或者干餾制油都需先熱干化處理，因此，熱干化適用于所有污泥，其產(chǎn)品用途也最廣泛。

　　2.3 其他因素?運行成本及經(jīng)濟承受能力是方案選擇的重要因素之一?？傮w來說焚燒的成本最高（是其他工藝的2～4倍［2］），而其他方案的綜合成本差異不顯著。堆肥化若采用靜態(tài)條垛工藝 則成本最低，但其生產(chǎn)周期長、占用土地多且對周圍環(huán)境的影響比較嚴(yán)重；若采用發(fā)酵倉則設(shè)備投資和運行費用將增加，而且若要制成復(fù)合肥還需烘干造粒設(shè)備，這樣其成本優(yōu)勢就大大削弱了。因此，考察污泥利用的成本時應(yīng)在統(tǒng)一產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境影響標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，從設(shè)備投資、運行費用、地價、人力價格等多方面進行綜合評估。污泥處理設(shè)施的選址是方案選擇的決定因素之一。

　　一般而言，污泥宜就近處理以節(jié)省運輸費用和減少濕污泥運輸對沿途造成的污染。由于污泥處理過程中可能會帶來臭味、有毒有害氣體及病原體等環(huán)境問題，所以選址會對方案選擇產(chǎn)生決定性影響。如果污水處理廠遠離城區(qū)并有閑置土地，則堆肥不失為一種合理選擇。在生產(chǎn)用地緊張的情況下，熱干化顯得較有優(yōu)勢，它不僅占地面積很小，而且可以滿足嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（其尾氣經(jīng)嚴(yán)格除塵除臭后才排放，廠房內(nèi)的氣體也進行除臭處理），即使在德國、瑞士等地也有污泥熱干化廠建在市區(qū)或旅游區(qū)內(nèi)的情形。

　　各地區(qū)的實際情況決定了污泥產(chǎn)品的使用目的和要求不同，從而也導(dǎo)致了污泥處理利用方法的迥異。例如歐洲僅有1%的污泥用于堆肥，美國也只有4%～5%，但在澳大利亞堆肥卻很受歡迎（尤其是堿性穩(wěn)定后堆肥［8］），如悉尼水處理集團污泥的25%用于堆肥、54%用于堿性穩(wěn)定化［10］，原因是澳大利亞許多土壤呈酸性。在美國東海岸污泥熱干化處理發(fā)展迅速，這是因為那里的污泥無法直接就近農(nóng)用，必須將其制成易于儲存和運輸?shù)念w粒肥上市銷售或運往西部佛羅里達州的柑橘農(nóng)場［11］?？梢娢勰嗵幚砗蟮男誀詈陀猛緯萍s污泥利用方案的選擇，所以應(yīng)先作詳盡的市場調(diào)查，根據(jù)污泥利用的市場及容量確定了污泥的最終出路之后才能選出最佳的污泥處理方案。

　　3、結(jié)論

　　污泥經(jīng)過減容、穩(wěn)定和無害化處理后，可以作為資源加以綜合利用。目前的利用方向是土地利用和熱能利用。面對各地區(qū)千差萬別的污泥利用經(jīng)驗，應(yīng)立足于本地區(qū)的實際情況，在兼顧環(huán)境生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益平衡的前提下，審慎地、全面地論證各種方案實施的可行性，從中選出最佳方案。