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專家觀點(diǎn) | 我國城鎮(zhèn)污水廠污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用的路線思考

分類:固廢觀察 > 污泥治理    發(fā)布時間:2017年2月20日 11:50    作者:中國環(huán)聯(lián)    文章來源:中國環(huán)聯(lián)

??2016-11-04 朱南文


朱南文

上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

朱南文(1968-— ),男,教授,長期從事廢水處理與固體廢棄物處理技術(shù)方面的研究。近年來,主持了科技部“863”項(xiàng)目、國家支撐課題、國家自然基金、上海市重大項(xiàng)目、上海市重點(diǎn)課題、上海市援藏課題、橫向重大課題及其他橫向課題多項(xiàng)。在污泥厭氧消化、高溫微好氧消化、污泥深度脫水、污泥碳化、焚燒灰建材利用等污泥處理處置技術(shù)上,均進(jìn)行過較為深入地研究。近年來,其先后獲得上海市科技進(jìn)步獎一等獎、二等獎、上海市科技發(fā)明獎三等獎等獎項(xiàng)多項(xiàng),并在國內(nèi)外發(fā)表論文180余篇,其中SCI論文90余篇;授權(quán)發(fā)明專利31項(xiàng)、實(shí)用新型專利7項(xiàng)。

城鎮(zhèn)污泥是污水處理廠污水處理過程中的二次產(chǎn)物。對一個穩(wěn)定運(yùn)行的污水處理廠而言,每處理單位體積的污水都會產(chǎn)生一定數(shù)量的污泥,即有一定的污泥產(chǎn)率。從我國各地污水廠調(diào)查的情況看,大多數(shù)污水處理廠每處理1萬m3的污水會產(chǎn)生5~10t脫水污泥(含水率以80%計(jì))。從住建部報道的數(shù)據(jù)看,截至2015年6月底,我國已有城鎮(zhèn)污水處理廠3802座,污水處理能力達(dá)到1.61億m3/d,實(shí)際處理量達(dá)1.26億m3/d。按前述污水廠污泥產(chǎn)率計(jì)算,我國每年的脫水污泥量已超過3200萬t,且目前仍以每年5%~10%的速度在增長。如此產(chǎn)生的大量污泥,一旦處理失當(dāng),極有可能對環(huán)境造成二次污染,因此,如何合理、有效地處置污泥已成為環(huán)境工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。



1 我國污泥處理處置的主要問題


過去幾年中,圍繞我國污泥處理處置的討論一直是行業(yè)關(guān)注的問題,同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院院長戴曉虎教授曾指出,我國污泥處理處置的主要問題在于:①我國污泥泥質(zhì)有別于其他國家,處理處置難度大;②關(guān)鍵共性技術(shù)及裝備有待突破,產(chǎn)業(yè)鏈集成水平有待提高;③整體技術(shù)路線不清晰,政策標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。由此可見,我國污泥處理處置行業(yè)的破題之策,一是在于清晰地明確適合我國國情和泥情的技術(shù)路線,二是在于從法律法規(guī)和補(bǔ)貼及政策扶持層面引導(dǎo)污泥處理處置行業(yè)的良性有序發(fā)展。

就污泥處理處置的技術(shù)路線而言,《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置·分類》(GB/T 23484-2009)將污泥處理處置技術(shù)路線分為四類,包括污泥焚燒、建材利用、土地利用和土地填埋等。中國水協(xié)排水委員會主任楊向平先生曾通俗易懂地提出過“填埋肯定比亂扔好,但是得找到場地;焚燒肯定比填埋好,但得治理好煙氣;利用比焚燒好,但得嚴(yán)格管理”的觀點(diǎn)。從技術(shù)層面而言,我國近年來已針對各種可行的污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用,已具備實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)路線的技術(shù)能力,技術(shù)問題已并非污泥處理處置的主要瓶頸,結(jié)合戴曉虎院長和楊向平先生的觀點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn),真正的瓶頸問題在于各種污泥處理處置技術(shù)路線的必要條件,即“填埋得找到土地、焚燒得治好煙氣,以及利用得嚴(yán)格管理”。

相對我國,美國、日本與歐盟等發(fā)達(dá)國家在污泥處理處置領(lǐng)域的發(fā)展已頗為成熟,不僅僅在技術(shù)上,在政策保障和市場運(yùn)營方面均積累了一些行之有效且適合各自國情和泥情的做法,本文即通過參考發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我國國情和泥情,對我國污泥處理處置技術(shù)路線的選擇展開思考。


2 我國污泥處理處置技術(shù)路線的選擇


2.1土地填埋:因地制宜,西部優(yōu)先

污泥的土地衛(wèi)生填埋始于20世紀(jì)60年代,規(guī)范的污泥填埋處置一般要求其抗壓強(qiáng)度滿足50kN/m2以上,由于早期其他污泥處理處置技術(shù)的缺乏,以及尚未形成科學(xué)的污泥處理處置技術(shù)路線,國內(nèi)污泥單獨(dú)填埋應(yīng)用較多,但是效果并不理想,主要存在以下幾個問題:①占用大量的土地資源;②可能造成填埋體變形或滑坡;③沼氣/滲濾液收集管線易堵塞;④難以機(jī)械壓實(shí);⑤伴有惡臭對周邊環(huán)境帶來影響等?;谖覈鴸|西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及土地利用現(xiàn)狀,有關(guān)管理部門提出“西部地區(qū)以填埋為主、東部地區(qū)以填埋為輔”的發(fā)展思路。

對我國東部地區(qū)而言,污泥土地填埋對土地的需求量與寸土寸金的土地稀缺資源形成矛盾,通過可行的政策制定和資金配套,東部地區(qū)應(yīng)減少土地填埋所占污泥處理處置的比重。以美國為例,縱然其土地資源充足,但土地填埋依然僅占其污泥處理處置總量的17%,可見即便在土地條件允許的情況下,土地填埋已不再是污泥處理處置的首選。

對我國西部地區(qū)而言,由于經(jīng)濟(jì)能力相對較弱,應(yīng)用焚燒等工藝的經(jīng)濟(jì)可行性較差,同時由于其土地條件相對較為充沛,因此土地填埋相對較為可行。但為了有效降低污泥土地填埋中容易發(fā)生的一些問題,應(yīng)進(jìn)一步通過超聲波、熱水解、電滲析和干化處理等手段滿足污泥固化和穩(wěn)定化的條件,在填埋施工中通過將生化污泥與礦化垃圾混合的方式解決污泥施工“壓實(shí)難”問題,并通過技術(shù)手段切實(shí)保障后期填埋場的穩(wěn)定化。

2.2干化焚燒:嚴(yán)控?zé)煔?,東部為主

污泥焚燒具有快捷、集中、占地小、污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化等特點(diǎn)。目前,污泥焚燒技術(shù)已得到了迅速發(fā)展,尤其在發(fā)達(dá)國家已成為主流污泥處置技術(shù)。在2016年以前,美國的污泥焚燒占所有污泥處置技術(shù)的比例約22%,日本約68%,歐盟國家約20%~40%,而中國的污泥焚燒比例僅為3%。造成上述現(xiàn)狀的原因是多方面的,一方面是有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、國情等的不同,另一方面也是由于人們對污泥焚燒會引發(fā)環(huán)境污染問題的擔(dān)憂,這些都是制約污泥焚燒技術(shù)在中國推廣的重要因素。

國家住建部在建設(shè)事業(yè)“十一五”規(guī)劃綱要中曾指出,“鼓勵東部地區(qū)、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)選用先進(jìn)的焚燒處理技術(shù)”,即基于東部地區(qū)土地資源緊張、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較高的客觀情況所得出的結(jié)論。以上海為例,目前上海已建成三座污泥焚燒廠,未來上海污泥的處理處置趨勢仍然將以焚燒為主,預(yù)計(jì)焚燒將占比62%以上。但仍需要關(guān)注的是,污泥焚燒嚴(yán)格意義上并不屬于最終處置手段,在焚燒的過程中,除了要對煙氣加以嚴(yán)格控制外,還需要考慮到焚燒灰的最終出路問題。

2.3資源利用:政策配套,注重管理

污泥的資源化利用是污泥處理處置技術(shù)發(fā)展的最終趨勢。污泥的資源化利用一般以建材利用和土地利用為主,在國外已有較多的成功案例。然而污泥的資源化利用除了需具備技術(shù)上的條件,更需要兼顧政策扶持和產(chǎn)品合理應(yīng)用上的要求,可參考國外成功的實(shí)施案例,為我國污泥資源化利用提供借鑒。

(1)污泥的建材利用

污泥的建材利用具有制磚、制水泥、制輕骨料以及制生化纖維板等形式,其中以制磚和制水泥較為普遍。但從經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)品適用角度看,污泥制磚和制水泥是目前比較可行的建材利用方法。

污泥制磚可分別以干污泥或污泥焚燒灰為原料。以干污泥為原料制磚雖然能耗和經(jīng)濟(jì)成本較低,但干污泥的添加量與磚塊質(zhì)量成負(fù)相關(guān),從日本制磚經(jīng)驗(yàn)看,干污泥在制磚原料中的比重一般控制在4%以內(nèi),否則,容易引起磚塊開裂并引起其抗壓強(qiáng)度的下降。因此,德國、日本的污泥制磚目前均以焚燒灰制磚為主,采用污泥焚燒灰制磚,在其添加量達(dá)到制磚原料總量的45%時,所生產(chǎn)出的磚塊依然具有理想的物化性能。

由于污泥的無機(jī)物質(zhì)組成與水泥生產(chǎn)用的原料基本相似,因此將污泥脫水后可作為制造水泥的原料,不僅具有焚燒法的減容、減量化特征,而且還能為水泥窯爐提供熱值。如果不考慮脫水污泥的運(yùn)輸成本,利用水泥窯協(xié)同處置脫水污泥具有較好的經(jīng)濟(jì)性、且節(jié)省了焚燒爐的購置成本,節(jié)約了新建污泥處理處置項(xiàng)目的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。由此可見,在尋求污泥建材利用的過程中,污泥與水泥行業(yè)的結(jié)合值得進(jìn)一步探索研究。

參考國外的成功案例,日本是世界上對污泥建材利用最重視的國家之一,日本第一座“生態(tài)水泥廠”于2001年4月在千葉縣正式投產(chǎn),以污水廠污泥、下水道淤泥和垃圾焚燒飛灰殘?jiān)茸鳛樵?,每年生產(chǎn)“生態(tài)水泥”的最大產(chǎn)能達(dá)到11萬t。至2006年又相繼建造了4座“生態(tài)水泥廠”,每年生產(chǎn)“生態(tài)水泥”的總產(chǎn)能達(dá)到75萬t。

值得關(guān)注的是,對于污泥建材利用,日本政府制訂了一系列配套的措施:在資金來源方面,由政府投資建廠或低息貸款等方式,降低企業(yè)在建設(shè)初期的投入成本;建材產(chǎn)品的出路方面,日本政府采用低價優(yōu)先采購的模式,確保及時消化產(chǎn)能,又能在經(jīng)濟(jì)上使廠家實(shí)現(xiàn)一定的盈利。同時,為了確保污泥制建材產(chǎn)品在應(yīng)用渠道上的可控;鑒于污泥中磷含量較高會引起磚塊或水泥熔點(diǎn)降低的特點(diǎn),其產(chǎn)品不得用做高層建筑材料;基于污泥中存在重金屬等有害成分的事實(shí),德國等國家規(guī)定,不論所生產(chǎn)出的產(chǎn)品重金屬浸出效果如何,均不得用于與飲用水設(shè)施建設(shè)。

(2)污泥的土地利用

污泥土地利用是將經(jīng)過穩(wěn)定化、無害化處理后的污泥(,通過深耕、播撒等方式施用于土壤中或土壤表面的一種污泥處置方式。由于污泥中的有機(jī)物、氮、磷等的含量比一般農(nóng)家肥高,堆肥后的污泥可作為土壤的改良劑。從現(xiàn)有的應(yīng)用來看,污泥土地利用主要包括污泥農(nóng)用、園林綠化、林地利用、土壤修復(fù)及改良等。

然而,我國污泥的土地利用長期受到潛在的環(huán)境風(fēng)險的制約,由于我國工業(yè)污水和市政污水混接現(xiàn)象普遍,污泥中存在的鹵代物、二噁英、有機(jī)污染物和重金屬等物質(zhì)不可預(yù)計(jì),合流制為主的排水體系也導(dǎo)致市政污水中混接入大量雨排水,污泥有機(jī)物含量相對國外較低,增加了安全風(fēng)險,因此我國污泥的土地利用一直存在爭議。

事實(shí)上,國外污泥的土地利用已非常成熟,如葡萄牙污泥土地利用率為100%,挪威為72%,美國也大量將污泥堆肥后,作為有機(jī)肥利用于果林土壤,起到了良好的種植效果,其中,實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的工業(yè)污水和市政污水分流是實(shí)現(xiàn)土地利用的關(guān)鍵因素。

就我國而言,實(shí)現(xiàn)污泥的土地利用任重道遠(yuǎn)。除排水體制上的重新規(guī)劃外,產(chǎn)業(yè)鏈的扶持上也有待進(jìn)一步完善,如政府如何扶持相關(guān)企業(yè)保證相關(guān)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性,以及如何通過政府對污泥產(chǎn)品的宏觀調(diào)控,解決土地利用呈季節(jié)性需求特點(diǎn)和污泥持續(xù)產(chǎn)生之間的矛盾問題等。但有一個前提原則需要強(qiáng)調(diào)的是,污泥的土地利用必須經(jīng)過可靠的穩(wěn)定化和無害化處理,否則可能帶來的環(huán)境風(fēng)險相對土地利用帶來的經(jīng)濟(jì)利益將得不償失。

(3)污泥的其他資源化利用

除土地利用和建材利用外,污泥生物質(zhì)能的利用也是近年來重點(diǎn)關(guān)注的方向之一,尤其以污泥的厭氧消化以資源化回收利用沼氣為代表。在厭氧消化的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步通過高級熱水解進(jìn)一步提高產(chǎn)氣效率、進(jìn)一步研發(fā)磷回收等研究也在不斷完善和應(yīng)用,并逐步形成產(chǎn)業(yè)。但與土地利用和建材利用異曲同工的是,生物質(zhì)能的利用同樣需要上升到政策扶持層面進(jìn)行通盤的考慮,從產(chǎn)業(yè)角度而言,唯有讓運(yùn)營單位或相關(guān)企業(yè)“得利”,才能充分發(fā)揮企業(yè)的積極性,從而正面推動污泥的無害化、穩(wěn)定化和資源化進(jìn)程。

3結(jié)論

污泥處理處置技術(shù),無論是國內(nèi)還是國外,總而言之均可總結(jié)為填埋、焚燒以及資源化利用三大類,然而在路線的選擇上,做到“因地制宜、因泥制宜”是最根本的指導(dǎo)思想。在國外實(shí)現(xiàn)雨污分流、工業(yè)市政分流的地區(qū),污泥泥質(zhì)較好、有害污染物含量可控,可優(yōu)先考慮污泥的土地利用;在產(chǎn)業(yè)鏈成熟、政府扶持力度和配套政策到位且規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)齊全的國家(如日本),可優(yōu)先考慮污泥的建材利用。就我國而言,現(xiàn)階段污泥的資源化利用,無論從技術(shù)上還是產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建都仍處于摸索階段,焚燒和填埋仍將會在一定時間內(nèi)成為我國污泥處理處置的主要渠道,其中“東部建議焚燒、西部建議填埋”相對較為符合國情,也比較具備可操作性。然而,伴隨著新技術(shù)的不斷研發(fā)和應(yīng)用,以及產(chǎn)業(yè)配套政策的不斷成熟,在有條件的地區(qū),仍應(yīng)大膽嘗試對污泥的資源化利用,逐步摸索適合我國國情的污泥產(chǎn)業(yè)模式,形成產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展。

(來源:凈水技術(shù))

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