污泥資源化處理與處置現(xiàn)狀及展望

污泥資源化處理與處置現(xiàn)狀及展望

摘要：目前，污泥的處置方法主要有填埋、焚燒和農(nóng)用，前兩者由于場(chǎng)地限制、費(fèi)用昂貴等原因在應(yīng)用上受到限制。污泥中富含N、P、K及有機(jī)質(zhì)，是天然的有機(jī)肥料。因此，污泥的處置與農(nóng)用資源化相結(jié)合將成為最好的選擇。我國(guó)污泥農(nóng)用資源化的方法主要有：自然風(fēng)干后直接施肥、干燥和造粒后施肥、污泥堆肥后施肥和污泥制復(fù)合微生物肥，前兩種方法由于不能有效去除污泥中的有害物質(zhì)，而在應(yīng)用上受到限制，后兩種方法通過(guò)眾多學(xué)者田間試驗(yàn)，表明是一種很有前景的污泥資源化處置方法，但重金屬離子易在土壤和植物體內(nèi)積累是限制污泥大規(guī)模土地利用的最重要因素。本文結(jié)合實(shí)例闡述了我國(guó)污泥農(nóng)用資源化處置現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵字：污泥資源化處置當(dāng)前，隨著人們對(duì)環(huán)境污染控制認(rèn)識(shí)的加深，污水處理廠在各主要城市相繼建成并投入運(yùn)行，與此同時(shí)污水處理廠又產(chǎn)生大量的殘?jiān)次勰啵壳笆澜缟仙a(chǎn)污泥已達(dá)1億噸/年（干污泥），我國(guó)已達(dá)900萬(wàn)噸/年（合干污泥300~350萬(wàn)噸/年）[1]。國(guó)內(nèi)外污泥處理處置的方法很多，一般采用濃縮、消化、脫水、干化等工藝處理后有效利用（主要為農(nóng)用）、填埋及焚燒等方法處置，或用其中某幾種方法組合處置[2]。污泥的最終出路不外是資源化利用或以某種形式回到環(huán)境中去，隨著海洋投棄被禁止，污泥棄置的比例正逐漸減小，同時(shí)土地填埋也受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制[3]。歐盟、美國(guó)及日本近年及預(yù)測(cè)的污泥主要處置方法見(jiàn)表1[4~7]，在今后數(shù)年里美國(guó)的大部分填埋場(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。人們認(rèn)識(shí)到污泥處理的優(yōu)先順序是減容、利用、廢棄，污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化處理后作為資源回用已經(jīng)成為主流。表1

歐盟、美國(guó)及日本近年及預(yù)測(cè)的污泥主要處置方法項(xiàng)

目污泥量/104ttDS農(nóng)用/%填埋/%焚燒/%其它/%歐盟[4,5]650394011101010*45*17*38*

美國(guó)[6]

4935151日本[7]17.13315493注：*者為預(yù)計(jì)2005年污泥量和百分比含量污水處理廠的污泥處理、處置系統(tǒng)的裝備,發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)60年代就已達(dá)到先進(jìn)的成套化水平，如污泥消化系統(tǒng)設(shè)備、污泥濃縮脫水設(shè)備、污泥干燥焚化設(shè)備、沼氣綜合利用設(shè)備、污泥高溫堆肥系統(tǒng)裝備以及污泥固化工業(yè)利用技術(shù)與設(shè)備，80年代末又啟用濕式氧化技術(shù)處置污泥[8]。我國(guó)城市污水處理廠污泥處理起步較晚，80年代中期建設(shè)城市大型污水廠，污泥處理也采用中溫厭氧消化，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)也引進(jìn)了設(shè)備，尤其是在借助國(guó)外貸款建設(shè)項(xiàng)目中，污泥處理系統(tǒng)裝備幾乎全部需要進(jìn)口。近年來(lái)，我國(guó)城市污水廠的污泥處理技術(shù)和某些單項(xiàng)專(zhuān)用設(shè)備有較大發(fā)展，積累了中溫厭氧消化的經(jīng)驗(yàn)，而在污泥處置的最終出路方面尚屬實(shí)驗(yàn)研究階段。1我國(guó)污泥農(nóng)用資源化處置方法1.1污泥自然風(fēng)干污泥自然風(fēng)干指脫水污泥厭氧消化后，經(jīng)濃縮、脫水，然后置于干化場(chǎng)自然風(fēng)干后直接用于農(nóng)田。此生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，除一臺(tái)鏟車(chē)外無(wú)需其它設(shè)備，該方法一般用于經(jīng)過(guò)中溫厭氧消化后的脫水污泥，此工藝由于無(wú)法有效控制其中有毒、有害物質(zhì)及重金屬含量，并且干污泥顆粒較大，農(nóng)用耕作很不方便，因此，在應(yīng)用上受到很大限制，對(duì)于城市污水中工業(yè)廢水所占比重較小的處理廠，可采用此工藝。喬顯亮等[9]采用盆栽實(shí)驗(yàn)研究了污泥土地利用過(guò)程中重金屬對(duì)水稻的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用污泥后增加了水稻莖葉和籽粒中重金屬的含量，水稻體內(nèi)重金屬的吸收沒(méi)有明顯變化。鄭紀(jì)慈等[10]用盆栽實(shí)驗(yàn)研究了城市污泥直接肥用對(duì)水稻生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響，并測(cè)定了污泥中重金屬在稻米和土壤中的殘留量。結(jié)果表明：污泥做水稻基肥使用有明顯增產(chǎn)作用和一定改土效果，但污泥中重金屬大部分殘留在土壤中，少部分被作物帶走，而在水稻中的殘留量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。張學(xué)洪等[11]以桂林污水廠為例，對(duì)污泥農(nóng)用的重金屬安全性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究表明：污泥施肥肥效顯著，稻谷和稻徑中的重金屬含量無(wú)明顯差異，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前此方法已無(wú)法滿(mǎn)足大部分污水處理廠的污泥處理要求。1.2污泥直接干燥和造粒污泥直接干燥工藝指消化后的污泥經(jīng)濃縮、脫水后，直接（或添加外加劑）進(jìn)行干燥成為產(chǎn)品或直接造成肥，采用該工藝處理后的污泥臭味較小、農(nóng)用方便，在干燥過(guò)程中殺死了污泥中大部分有毒有害物質(zhì)，從而降低了污泥中有害物質(zhì)對(duì)農(nóng)田利用的影響，產(chǎn)品便于運(yùn)輸，投資、運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，但經(jīng)該方法處理的污泥，肥份較低，在使用過(guò)程中秸稈作物容易發(fā)生倒伏。覃廣海等[12]年開(kāi)發(fā)出了污水廠污泥快速干化焚燒及制肥新工藝，并在深圳龍崗區(qū)平湖污水廠進(jìn)行了工程應(yīng)用，取得了很好效果。大連水質(zhì)凈化一廠采用此方法，處理污水能力為8萬(wàn)m3/d，該項(xiàng)目投資為65萬(wàn)元，每小時(shí)產(chǎn)300kg含水20%的干污泥，耗煤量300kg/h，干燥后的顆粒狀有機(jī)肥在蔬菜和果木土地上使用效果較好。污泥造粒工藝指污泥在干燥后，又進(jìn)行破碎造粒處理。通過(guò)干燥造粒工藝，并向污泥中添加必要的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)成分，將污泥加工成復(fù)合有機(jī)肥，大大提高了污泥的肥效和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是污泥處置的有效途徑和發(fā)展方向。采用該方法生產(chǎn)的污泥肥中，所添加的營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)入土壤后可以迅速釋放，而城市污泥中所含的大量有機(jī)質(zhì)，具有改良土壤、培肥地力、抗旱和供肥平穩(wěn)等特點(diǎn)，肥效比普通化肥時(shí)間長(zhǎng)，而且對(duì)化肥中氮素具有一定的固定作用，使化肥帶入的氮素緩慢釋放，提高其養(yǎng)份利用效率。秦皇島東部污水處理廠采用該方法，處理污水能力為4萬(wàn)m3/d，雖有消化系統(tǒng)但未使用，將脫水污泥和粉煤灰摻合烘干，再添加外加劑造粒制肥，工藝流程如下：此工藝設(shè)計(jì)日產(chǎn)肥50噸所需設(shè)備及資金：設(shè)備總計(jì)57萬(wàn)。轉(zhuǎn)桶烘干機(jī)20萬(wàn)元，破碎攪拌系統(tǒng)1.8萬(wàn)元，圓盤(pán)造粒機(jī)20萬(wàn)元，二次烘干機(jī)10萬(wàn)元，皮帶機(jī)0.6萬(wàn)元，篩分包裝機(jī)2.5萬(wàn)元，除塵系統(tǒng)2.0萬(wàn)元。實(shí)際每小時(shí)可生產(chǎn)700kg肥料，目前生產(chǎn)的有機(jī)復(fù)合肥試運(yùn)行階段每噸可獲利50元左右，應(yīng)用效果較好。1.3污泥堆肥發(fā)酵堆肥是利用污泥中好氧微生物進(jìn)行好氧發(fā)酵的過(guò)程。污泥與調(diào)理劑（如鋸沫、桔桿、樹(shù)葉、糞便等）及膨脹劑（如木屑、桔桿短節(jié)、花生殼等），在一定條件下（如pH、C/N、通氣、水分、溫度）進(jìn)行好氧堆漚，借助于微生物群落，在潮濕環(huán)境中對(duì)多種有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化為類(lèi)腐殖質(zhì)。污泥經(jīng)堆肥處理后，病源菌、寄生蟲(chóng)卵、雜草種子幾乎全部被殺死，揮發(fā)性成分減少且臭味降低，重金屬有效態(tài)的含量也會(huì)降低，速效養(yǎng)分含量有所增加，成為一種比較干凈而性質(zhì)比較穩(wěn)定的物質(zhì)。污泥堆肥過(guò)程是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，它受到耗氧率、碳氮比、溫度、pH值、揮發(fā)固體含量、空隙率等諸因素的影響，所涉及的學(xué)科相當(dāng)復(fù)雜。魏源送等[13]采用5種調(diào)理劑（木片、麥殼、玉米芯、稻殼和回流堆肥）進(jìn)行了中試規(guī)模的污泥堆肥實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)含水率、有機(jī)質(zhì)、總氮、BOD5和比耗氧速率（SOUR）等參數(shù)的變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。研究結(jié)果表明：BOD5和SOUR指標(biāo)適用于評(píng)價(jià)采用不同調(diào)理劑的堆肥污泥穩(wěn)定度。田寧寧等[14]利用自行研制的生產(chǎn)性規(guī)模的好氧動(dòng)態(tài)堆肥裝置進(jìn)行了污泥穩(wěn)定化和無(wú)害化處理的應(yīng)用研究，探討了影響好氧堆肥的主要因素溫度、含水率、供氧量和通風(fēng)方式之間的關(guān)系，確定了污泥動(dòng)態(tài)發(fā)酵的最佳參數(shù)。李秀艷等[15]年以上海市竹園第一污水預(yù)處理廠污泥為例，進(jìn)行了污泥好氧發(fā)酵堆肥技術(shù)，并對(duì)其主要影響因素進(jìn)行了測(cè)定，取得了一定成果。李艷霞等[16]試驗(yàn)研究了不同配比的填充料和通氣狀況對(duì)污泥堆肥起始升溫的影響。結(jié)果表明：填充料含量高的配比升溫速度明顯比填充料含量低的配比快；高填充料配比的堆體(填充料占堆料的1/2～1/3)在起始升溫階段可以不進(jìn)行氧氣的供給；低填充料的配比和加入回流堆肥的配比(填充料占堆料的1/4～1/9),由于堆體的孔隙少,則必須進(jìn)行通氣量的調(diào)節(jié)。脫水污泥經(jīng)堆肥自然風(fēng)干后直接用于農(nóng)田，也可進(jìn)一步加工造粒，制成成品。唐山西郊污水廠污泥制肥示范工程，天津石化制肥工程等均采用污泥堆肥技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用比較成功的是天津紀(jì)莊子污水廠，其污泥堆肥工藝流程如下：1.4污泥制復(fù)合微生物肥復(fù)合微生物肥料是一種很有應(yīng)用前景的無(wú)污染生物肥料。污泥經(jīng)過(guò)烘干、粉碎后加入氮、磷、鉀等植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素和菌粉，然后進(jìn)行混合造粒，再經(jīng)低溫干燥冷卻后，加入復(fù)合肥，進(jìn)一步提高污泥中有機(jī)廢料的含量。此類(lèi)肥料在我國(guó)主要依賴(lài)進(jìn)口，試驗(yàn)和生產(chǎn)也剛剛起步。張國(guó)占等[17]利用城市污水廠污泥進(jìn)行了復(fù)合有機(jī)肥中試及產(chǎn)品的田間試驗(yàn),結(jié)果表明污泥復(fù)合肥可增加農(nóng)作物產(chǎn)量且不會(huì)引起重金屬超標(biāo)。對(duì)污泥制肥中的污泥干燥及相關(guān)政策問(wèn)題進(jìn)行了探討。此外，還進(jìn)行了污泥制造有機(jī)肥技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，并對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行了田間實(shí)驗(yàn)，取得了良好效果。鄭玉琪等[18]進(jìn)行了智能化高效低耗堆肥及其復(fù)合肥生產(chǎn)成套技術(shù)研究，并取得了一定成果，經(jīng)過(guò)研究,率先開(kāi)發(fā)出堆肥氧氣實(shí)時(shí)、在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由氣體采集、氧氣傳感器變送器、輸送線路、采集儲(chǔ)存4部分組成。系統(tǒng)可靠性檢驗(yàn)結(jié)果證明:測(cè)量結(jié)果精確、穩(wěn)定,反應(yīng)靈敏,重復(fù)性好。董克虞等[19]年對(duì)污泥生產(chǎn)有機(jī)肥的配方及增產(chǎn)效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明污泥施肥可使作物大幅增產(chǎn)，其中A種配方（發(fā)酵污泥53.3%，氯化鉀7.5%，磷酸二氨39.2%）尤為顯著，已應(yīng)用于工程實(shí)踐，并取得了很好經(jīng)濟(jì)效益。鄒波[20]以石油化工污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥為樣，通過(guò)對(duì)污泥成份、肥效的分析及對(duì)活性污泥制肥工藝的簡(jiǎn)介，闡明了剩余污泥制肥技術(shù)的可行性和廣闊前景。張學(xué)洪等[21]進(jìn)行了城市污水污泥有機(jī)復(fù)合肥水稻施肥試驗(yàn)，結(jié)果表明：該有機(jī)復(fù)合肥對(duì)水稻的增產(chǎn)效果顯著，肥效與N、P、K三元復(fù)合肥相當(dāng)。陳同斌等[22]通過(guò)盆栽和大田試驗(yàn),初步探討了污泥復(fù)合肥種植小麥的肥效及其對(duì)小麥重金屬吸收的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：污泥復(fù)合肥對(duì)小麥的增產(chǎn)效果和土壤的培肥效果明顯優(yōu)于化肥,等同于市售復(fù)合肥。它能促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育,提高小麥產(chǎn)量,對(duì)土壤速效養(yǎng)分的積累有明顯的促進(jìn)作用。采用污泥制復(fù)合微生物肥方法，主要試生產(chǎn)運(yùn)行的有淄博市污水處理公司，其生物肥生產(chǎn)線工藝流程如下：該項(xiàng)微生物肥料生產(chǎn)工藝主要是以脫水污泥為基質(zhì)，制成固氮菌、解鉀細(xì)菌、解磷細(xì)菌三者互不產(chǎn)生拮抗作用的微生物肥料。生產(chǎn)采用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行中心控制，配料工段設(shè)有配料倉(cāng)7組，綜合各廠家優(yōu)點(diǎn)，為了除塵，還設(shè)置了除塵器，配料采用電腦自動(dòng)配料，程序預(yù)設(shè)。肥料產(chǎn)量為3.2t/h。生產(chǎn)出的肥料中，三種菌的活菌數(shù)為2500萬(wàn)個(gè)/g，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)與大田應(yīng)用，肥效高于進(jìn)口生物肥，每噸可獲利200元左右。2污泥資源化存在問(wèn)題及展望重金屬是限制污泥大規(guī)模土地利用的最重要因素。重金屬不像有機(jī)物可以通過(guò)降解除去，其溶解度一般很小，在污泥中性質(zhì)較穩(wěn)定，較難去除。這些重金屬隨污泥進(jìn)入土壤，長(zhǎng)時(shí)間積累就可能對(duì)環(huán)境造成一定的危害。因此，應(yīng)盡可能減少其在污泥中的含量。目前，主要通過(guò)化學(xué)和生物學(xué)兩種方法來(lái)降低污泥中的重金屬含量，生物學(xué)方法相對(duì)投資費(fèi)用低，易于操作，具有較為樂(lè)觀的應(yīng)用前景。污泥的資源化利用和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受到氣候條件、土壤性質(zhì)、植物種類(lèi)、污泥性狀和用量以及研究對(duì)象等多因子的影響，是一個(gè)多元系統(tǒng)中的復(fù)雜問(wèn)題，因此污泥使用時(shí)應(yīng)考慮污泥的數(shù)量和質(zhì)量、土地條件及環(huán)境監(jiān)測(cè)等。我國(guó)缺乏一套較為完善的污泥土地利用技術(shù)規(guī)范，尤其對(duì)污泥及施污泥土壤中有機(jī)污染物的研究較少。這種現(xiàn)狀不利于污泥土地利用的規(guī)范化管理和土壤生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。由于我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)農(nóng)業(yè)追求高產(chǎn)，大量使用化肥，已造成土壤沙化、板結(jié)，肥力下降，尤其在我區(qū)干旱地區(qū)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量較低。污泥中富含有機(jī)質(zhì)和多種植物所需的養(yǎng)分，可以彌補(bǔ)長(zhǎng)期使用無(wú)機(jī)化肥給土壤帶來(lái)的缺陷。使用污泥對(duì)土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性狀有一定的改良作用。污泥中的有機(jī)質(zhì)可明顯改善土壤的結(jié)構(gòu)特性，使土壤孔隙增多，土壤的通氣透水性和田間持水量提高[23,24]，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的提高。實(shí)踐證明污泥的農(nóng)田利用是污泥的最佳出路。目前污泥資源化還存在下面一些問(wèn)題：1）污泥僅濃縮處理，體積仍較大，運(yùn)輸不便。2）泥的性質(zhì)不穩(wěn)定，給制造質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品帶來(lái)困難。3）于污泥中富集了城市污水中的有毒、有害物質(zhì)，尤其是重金屬的富集，嚴(yán)重阻礙了污泥的資源化應(yīng)用。4）污泥制肥生產(chǎn)工藝，制造過(guò)程復(fù)雜，成本較高,難去除臭味。污泥資源化還需注意兩點(diǎn)，一是產(chǎn)品的市場(chǎng)性，二是加工過(guò)程中是否會(huì)產(chǎn)生二次污染。由于工藝復(fù)雜、成本昂貴，使污泥的資源化利用目前較難實(shí)施，但從環(huán)保長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看，會(huì)有廣闊的前景。因此，如何將污泥資源化利用過(guò)程簡(jiǎn)單化、實(shí)用化、商品化，是一個(gè)亟待解決的課題。3結(jié)束語(yǔ)隨著工業(yè)和城市的發(fā)展，污水處理率的提高，城市污泥產(chǎn)量必然越來(lái)越大。污泥是一種很有利用價(jià)值的潛在資源，為了充分利用這種資源，減少環(huán)境公害，世界上許多國(guó)家都在大力發(fā)展污泥處置和利用的各種技術(shù)。相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)講，我國(guó)污泥處理利用技術(shù)還比較落后，同時(shí)考慮到我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)。因此，將經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化、無(wú)害化處理后的污泥進(jìn)行土地循環(huán)利用，應(yīng)該是我國(guó)污泥資源化利用較有前景的一種途徑。鑒于污泥土地利用所涉及的研究與利用等方面的種種問(wèn)題，要想達(dá)到安全有效的目標(biāo)，需要政府有計(jì)劃地組織環(huán)境保護(hù)部門(mén)同農(nóng)業(yè)部門(mén)開(kāi)展污泥土地利用方面的科學(xué)研究，以經(jīng)濟(jì)、安全、合理、有效、有益的原則利用污泥，以發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。參考文獻(xiàn):[1]田寧寧,王凱軍.污水處理廠污泥處置及利用途徑研究[J].環(huán)境保護(hù),2000,(2):18~20.[2]薛文源.城市污水污泥處理與處置的途徑[J].中國(guó)給水排水,1992,8(1):41~46.[3]周立祥,胡靄堂,戈乃玢.城市污泥土地利用研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1999,19（2）:185~193.[4]DavisRD.TheimpactofEUandUKenvironmentalpressuresonthefutureofsludgetreatmentanddisposal[J],WaterEnvironManage.1996,10(2):65~69.[5]TessierA，CampbellPGG.BiasonM.Sequentialextractionprocedureforthespeciationforparticulatetracemetal[J],Analyticalchemistry,1979,51(7):844-850.[6]

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