论城市污泥特征及其处理处置状况

郝桂珍 马立山 代学民

(河北建筑工程学院,河北 张家口 075024)

在城市污水的处理过程中,必然产生大量的污泥,污泥通常是指主要由各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物.1995年,世界水环境组织为了准确地反映绝大多数污水污泥具有重新利用的价值,将污泥更名为“生物固体”,其确切含义是:“一种能够有效利用的富含有机质的城市污染产生物[1]”.但是我国一直沿用原有的污泥名称.

1 污水处理厂污泥的分类

根据污泥从污水中分离的过程,可将其分为沉淀污泥和生物处理污泥.沉淀污泥是初次沉淀池和二沉池中截留的污泥,包括用化学药剂沉淀下来的污泥.生物处理污泥是在生物处理过程中,由于污水中悬浮状、胶体状或溶解状的有机污染物组成的某种活性物质;这种生物体中的大部分固体是由细菌块(或菌群)组成的;根据生物处理方式的不同,又可进一步分为腐殖污泥和活性污泥.腐殖污泥是采用生物膜法处理时产生的污泥;活性污泥是采用活性污泥法处理时产生的污泥,在这种处理过程中,一部分污泥为保证曝气池微生物量而循环,称为回流污泥,剩余下来的需要送去处理的称为剩余污泥.

一般来说,污水处理厂需要处理处置的污泥主要是初沉池污泥与剩余污泥的混合污泥.

生物处理污泥一般均易腐化,根据后续污泥是否采用稳定处理,可以进一步区分为生污泥和消化污泥.生污泥是从沉淀池(初沉池和二沉池)分离出来的沉淀物或悬浮物;消化污泥是生污泥经厌氧消化后得到的污泥.

2 城市污水处理厂污泥的成分

我国城市污泥成分很复杂,它包括混入生活污水或工业废水中的泥砂、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物、重金属元素和盐类、少量的病原微生物、寄生虫卵等综合固体物质.

简单的说,污泥是污水中的固体物质.污泥的主要特征是含水率高(初沉池污泥含水率在95%～97%,二沉池剩余污泥含水率可达99%以上),有机物含量高,容易腐化发臭,并且颗粒较细,比重较小,呈胶质状液体状态.污泥中含有植物生长所需要的氮、磷、钾等营养元素以及维持植物正常生长发育的多种微量元素和能改良土壤结构的有机物及腐殖质;所含的有机物和腐殖质也是一种有价值的有机肥料[2].同时也含有多种病原菌、寄生虫卵、重金属及某些难降解的有机物.由于污水来源,污水处理工艺及季节的不同,污泥的组成差异较大.污泥中有机质含量随季节变化,夏低冬高[3].污泥中的重金属含量随处理污水的种类不同而有所变化.各个污水处理厂的污泥中的重金属元素的含量主要取决于城市污水中工业废水的种类及所占比重.

3 城市污泥的潜能贮量分析

世界自然资源随着人口的增长而被快速消耗,人们不得不寻找新的资源,污泥中由于含有大量的有机物、营养元素(N、P),作为“第二资源”越来越受到人们的关注.污泥量越来越大的矛盾和能源紧张、石油价格上涨等因素促使人们积极探索污泥处理能源化、资源化的可行性,包括污泥的资源贮量分析.污泥中含有机物多,可通过甲烷发酵技术使其中的潜能转变为生物气(甲烷气)而得到回收利用.

污泥也是肥料资源,含有相当的有机质、氮、磷、钾和各种微量元素(Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等).城市污泥的肥分中的氮、磷、钾三要素虽然比化肥低,但有机质含量高,用作农肥,则肥效持续时间长,并可改善土壤结构,增加土壤肥力,促进作物的生长,适用于一些贫瘠的土地.污泥中含有有机成分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪及碳水化合物,经过一系列的热化学反应,可转变为油状物质,这就是近年来发展迅速的污泥油化反应技术.

4 常用污泥处理处置方法

常用的污泥处理方法有填埋处理、污泥焚烧、海洋排放、堆肥处理、污泥热解.

4.1 填埋处理

美国1904年开始使用填埋处理[4],将固体废弃物回填废矿井、涤沟和河谷,再用薄土掩盖,处理量大,费用投资少.这种处置方法简单、易行、成本低,污泥又不需要高度脱水,适应性强.但是污泥填埋也存在一些问题,尤指填埋渗滤液和气体的形成.渗滤液是一种被严重污染的液体,如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境.填埋场产生的气体主要是甲烷,若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧.目前我国大多数污水处理厂污泥经脱水后运到填埋场进行填埋处理.

4.2 焚烧处理

焚烧是利用污泥中有机成分高,且具有一定热值的特点来处理污泥.以焚烧为核心的污泥处理方法是比较彻底的处理方法,主要可分为两大类:一类是脱水污泥直接送焚烧炉焚烧;另一类是将脱水污泥先干化再焚烧[5].由于污泥处理其它方法的使用均受资源、技术等方面的一些限制,使得污泥焚烧处理方法得到越来越广泛的应用[6].以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的污泥处理方法,它能使有机物全部碳化,杀死病原体,可最大限度地减少污泥体积;但是其缺点在于处理设施投资大,处理费用高.

4.3 海洋排放

对于靠近海岸的大型污水处理厂,将其液态污泥排海是较方便的污泥处理方法.英国、美国和日本等国家曾经较多采用污泥投海处理,但随着全球一体化概念的加强,此项措施已经遭到强烈的反对.此种方法并没有从根本上解决环境污染问题,污泥进入水体后,导致水生环境恶化.进入20世纪90年代,大量城市污泥进入水体,致使江河湖海污染问题日趋突出,许多国家对采用水体消纳污泥的方式更加慎重,1991年和1998年,美国和欧盟成员国已经制定相关的法规禁止海洋排放[7].

4.4 堆肥处理

堆肥是一种无害化、减量化、稳定化的综合处理技术.它是利用好氧的嗜温菌,嗜热菌的作用将污泥中的有机物分解并杀灭传染病菌、寄生虫卵与病毒,提高污泥肥分的污泥资源化处理方法[8].堆肥化处理技术在世界上许多国家和地区广泛应用.欧盟把堆肥化的概念仅限定于好氧堆肥.堆肥化是一种受控制的生物降解和转化过程,堆肥化利用微生物的作用,将不稳定的有机质降解和转化成较为稳定的有机质,并使挥发性物质含量降低,减少臭气,使污泥物理形状明显改善(如含水量降低,呈疏松、分散、粒状),便于储存、运输和使用.常见堆肥工艺主要分为:前处理、一次发酵、二次发酵、后处理等四个过程[9].

4.5 污泥热解

污泥热解技术是在无氧或缺氧的条件下加热污泥至一定温度,通过干馏和热分解作用使污泥转化为小分子烃类、可燃性气体和焦炭[10].污泥热解的优点:固体体积的减小;存在于炭基中的重金属对自然析出有相当强的抵抗力;热解产生的气体和烃类有很高的热值,能成为潜在的燃料;热解产生的炭渣含有较大的空隙,可作吸附材料;热解法操作过程在无氧条件下进行,因而含氧有害物质极少产生.污泥热解技术极大限度的利用了污泥原有的资源,具有很好的发展前景.

5 国外城市污泥处理处置状况

对于污水处理厂的污泥处理、处置系统的装备,发达国家在20世纪60年就已达到了先进的成套化水平,如污泥消化系统设备、污泥浓缩脱水设备、沼气综合利用设备、污泥高温堆肥系统设备以及污泥固化工业利用技术与设备,20世纪末又启用湿式氧化技术处理污泥.为了避免处理厂污泥对环境的二次污染,各国政府及研究机构对污泥的最终处理问题十分重视根据各国的国情制定出污泥处置的法规和具体方案.目前国际上对城市污水厂污泥的主要控制手段为进行减量化、无害化处理以及资源化再利用,处理处置方式主要包括以下几方面:农用、填埋、焚烧、水体消纳等[11].城市污水厂污泥成分及来源相当复杂,且不可避免含有一些有害成分,因此在进行农业利用前必须先经过无害化处理;填埋虽然操作相对简单,处理成本低,但是需要占用大量土地,运输费用较高,填坑中含有各种有毒有害物质有可能会通过雨水的侵蚀和渗漏作用污染地下水环境;污泥焚烧可使有机物全部炭化,实现最大限度减量的目的,但处理成本昂贵,管理复杂,焚烧前必须脱水,焚烧时会产生二氧化硫、二噁英等有害气体和烟尘,从而污染空气,造成污染的二次转移;排海则易造成海洋污染,对海洋生态系统和人类食物链构成威胁,甚至引发全球环境问题,因此受到越来越多的反对,很多国家已禁止向海洋倾倒污泥.

6 我国城市污水污泥处理处置的状况

我国污水污泥处理处置技术研究起步较晚,存在着管理不健全、资金投入不足、缺少成套的处理处置技术以及足够数量的管理和科技人才等问题.截止2004年底,我国污水排放量为340亿t,建成537座城市污水处理厂,但只有约130亿t污水得到处理,污水处理率还不到40%.全国现有污水处理厂中具有污泥稳定处理设施的不到1/4,处理工艺和配套设备较为完善的不到1/10.某些地方的污水虽然得到了有效治理,污水处理的伴生产物污泥却没有得到处理和处置,大量未经稳定处理的没有正常的出路[12].许多城市仍采用露天堆放的方法,造成了城市周围垃圾成山、蚊蝇滋生、环境污染的状况.这些随意排放的污泥,带来了严重的环境问题,并已威胁到人类的健康,使污水处理变得毫无意义,只是污染的转移而已.很多污水处理厂由于缺乏有效的污泥处理处置措施,而变成一个新的污染源,这是我国污泥处理处置工作所必须予以充分重视的问题.

目前,我国每年排放湿污泥2600万m3,折合干污泥415万t/a.随着更多新建污水处理厂的投入使用,污泥排放量将继续增高,现在已应用的污泥处理处置技术中,技术水平普遍偏低,现有70%以上是弃置,20%是填埋,不到10%的是通过堆肥等技术处理后回用于土地[13],远远不能满足对污泥控制的需要.另一方面,我国是个农业大国,土地资源严重不足,而污泥填埋需要占用大量土地,且渗滤液的浸出可能会污染地下水,影响人们的身体健康.为了保护、改善和提高我国的环境质量,实现可持续发展的社会经济,大力加强对污泥的处理处置技术的研究和开发已成为当务之急.

[1]LeeD.J.生物固体的调理与脱水.迈向新世纪的有机废弃物管理与利用策略.南京农业大学编,2000年9月

[2]姚舜华.消化脱水污泥处置与利用的探讨.中国市政工程,1994,(04):46～50

[3]赵丽君,杨意东,胡振苓.城市污泥堆肥技术研究.中国给水排水,1999,15(09):58～60

[4]沈耀良.垃圾填埋场渗沥液中重金属去除法.环境科学,1994,3(02):27～29

[5]陈鸣.城市污水处理厂污泥最终处置方式的探讨.中国给水排水,2000,16(08):23～24

[6]李爱民.NOx和SO2在污泥气化焚烧处理中的排放特性.燃烧科学与技术,2004,10(04):189～194

[7]黄懂宁.城市污泥处置概述[J].环境科学动态,1999,6(04):27～29

[8]尹军.城市污水的资源再生及热能回收利用第2版,北京:化学工业出版社,2003:157～169

[9]赵庆祥.污泥资源化技术.北京:化学工业出版社,环境科学与工程出版中心,2002:71～77

[10]王琼.污水污泥的热解处理.再生资源研究,2004,1(04):38～41

[11]张光明,张信芳,张盼月.城市污泥资源化技术进展.北京:化学工业出版社,2006.2

[12]郝桂珍,李社红,吴永强.污水处理厂污泥的集中式处理与利用.河北建筑工程学院学报,2006,24(02):15～17

[13]余兰兰,钟秦.城市污泥的处置及资源化展望.环境监测管理与技术,2006,18(02):32～34