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(duì)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(shí)是將污泥視為一種資源加以有效利用，在治理污染的同時(shí)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(shí)土地填埋也受到越來越嚴(yán)格的限制，因?yàn)樘盥裥枵加么罅客恋亍⒑馁M(fèi)可觀的填埋費(fèi)用且不能根治污染。在今后數(shù)年里美國(guó)的大部分污泥填埋場(chǎng)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(rèn)識(shí)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(jìn)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(duì)多種有機(jī)物進(jìn)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(yíng)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(dòng)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(dá)國(guó)家則多采用現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)酵倉(cāng)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(cāng)和生產(chǎn)線很具規(guī)模且機(jī)械化自動(dòng)化程度高［2］。國(guó)內(nèi)的唐山、常州等地也采用發(fā)酵倉(cāng)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(shí)間，利用強(qiáng)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(gè)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(jī)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(jìn)行堆肥。美國(guó)愛森技術(shù)公司開發(fā)了成套N-Viro設(shè)備并在美國(guó)、澳大利亞等地使用，其自動(dòng)化程度高，處理濕污泥量可達(dá)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(chǔ)藏和運(yùn)輸。熱干化過程的高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全達(dá)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(chǎng)技術(shù)領(lǐng)先的有奧 地利的Andritz公司、比利時(shí)的Seghers公司和美國(guó)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(dòng)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(guó)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(guó)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(dá)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(jī)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(jìn)入環(huán)境，不足之處在于焚燒過程中會(huì)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(dá)到38%以上時(shí)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?xì)浠衔铮罱K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(jí)燃料（碳、氣和水）的燃燒來提供能量，實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)；熱解生成的油（質(zhì)量上類似于中號(hào)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(dá)25t/d［6］。

　　2、污泥利用方案的選擇?

　　面對(duì)眾多的污泥利用方案，Bridle等提出用生命周期評(píng)價(jià)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(gè)方面評(píng)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(shí)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(xiǎn)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(duì)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(xiǎn)。污泥的熱能利用無疑是風(fēng)險(xiǎn)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(duì)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(dá)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(shí)需加強(qiáng)對(duì)堆肥質(zhì)量、場(chǎng)所和施用場(chǎng)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(zhǎng)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(shí)，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(duì)可農(nóng)用的污泥進(jìn)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(duì)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(yùn)行成本及經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)、占用土地多且對(duì)周圍環(huán)境的影響比較嚴(yán)重；若采用發(fā)酵倉(cāng)則設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)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(shì)就大大削弱了。因此，考察污泥利用的成本時(shí)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(yùn)行費(fèi)用、地價(jià)、人力價(jià)格等多方面進(jìn)行綜合評(píng)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(yùn)輸費(fèi)用和減少濕污泥運(yùn)輸對(duì)沿途造成的污染。由于污泥處理過程中可能會(huì)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(huì)對(duì)方案選擇產(chǎn)生決定性影響。如果污水處理廠遠(yuǎn)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(shì)，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?jī)?nèi)的氣體也進(jìn)行除臭處理），即使在德國(guó)、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(shí)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(guó)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(tuán)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(guó)東海岸污泥熱干化處理發(fā)展迅速，這是因?yàn)槟抢锏奈勰酂o法直接就近農(nóng)用，必須將其制成易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)念w粒肥上市銷售或運(yùn)往西部佛羅里達(dá)州的柑橘農(nóng)場(chǎng)［11］?？梢娢勰嗵幚砗蟮男誀詈陀猛緯?huì)制約污泥利用方案的選擇，所以應(yīng)先作詳盡的市場(chǎng)調(diào)查，根據(jù)污泥利用的市場(chǎng)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(duì)各地區(qū)千差萬別的污泥利用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)立足于本地區(qū)的實(shí)際情況，在兼顧環(huán)境生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益平衡的前提下，審慎地、全面地論證各種方案實(shí)施的可行性，從中選出最佳方案。