我國(guó)污水處理廠污泥重金屬含量的調(diào)查與分析

我國(guó)污水處理廠污泥重金屬含量的調(diào)查與分析

1中國(guó)污水處理廠的特點(diǎn)1.1污泥中重金屬離子檢測(cè)污泥中的重金屬含量主要取決于廢水處理廠中廢水的含量和性質(zhì)。城市的工業(yè)布局、地理位置、城市的性質(zhì)等都會(huì)導(dǎo)致其重金屬含量的差異。污水經(jīng)二級(jí)處理后,其重金屬離子50%以上轉(zhuǎn)移到污泥中,因此污泥中的重金屬離子含量一般都較高?！掇r(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定污泥在同一塊土壤上連續(xù)施用不得超過(guò)20年,一般用量不超過(guò)2t(干污泥)/(100m2·a)。對(duì)北京、上海、天津、西安、蘭州、沈陽(yáng)、黃石等幾個(gè)城市污水廠污泥中重金屬含量的調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn),我國(guó)城市污水污泥中重金屬含量時(shí)有超標(biāo),故污泥作為肥料應(yīng)十分慎重。1.2城市污水污泥有機(jī)物含量的變化我國(guó)城市居民食品結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國(guó)家不同,居民住宅的衛(wèi)生設(shè)施還不十分完善,城市公共廁所所占比例較大,這部分污水大多未接入下水道,因此造成城市污水廠污泥的有機(jī)物含量較低。表2為我國(guó)城市污水污泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量。從表2可以看出,我國(guó)8個(gè)城市的14座污水處理廠污泥中的有機(jī)物質(zhì)平均含量約為36.63%。除了有機(jī)物外,污泥中還含有大量植物生長(zhǎng)所必需的肥分、微量元素及土壤改良劑(有機(jī)腐殖質(zhì))。上述14座污水處理廠污泥中所含的氮、磷、鉀的平均含量約為2.75%、1.03%和0.74%。1.3脂肪和蛋白質(zhì)含量我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,城市居民消費(fèi)的肉類和奶制品較少,致使污泥所含有機(jī)物中淀粉、糖類、纖維素等碳水化合物含量高(>50%),而脂肪和蛋白質(zhì)含量低(脂肪為20%,蛋白質(zhì)為30%)。污泥厭氧消化時(shí),分解單位質(zhì)量有機(jī)物的沼氣產(chǎn)量從大到小為脂肪→碳水化合物→蛋白質(zhì),沼氣中CH4含量從大到小為脂肪→蛋白質(zhì)→碳水化合物。我國(guó)的某污水廠污泥厭氧消化時(shí),有機(jī)物的分解率、沼氣的產(chǎn)量和沼氣中CH4的含量分別為30%~50%、6~12m3/m3污泥和45.0%~55.9%。我國(guó)5座污水廠的污泥厭氧消化沼氣成分見(jiàn)表3。1.4熱值的測(cè)定由于污泥的含水率因生產(chǎn)與處理狀態(tài)而有較大差異,故其熱值一般均以干基或干燥無(wú)灰基形式給出。我國(guó)城市污水污泥含有較高的熱值(見(jiàn)表4),在一定含水率以下具有自持燃燒(不需要添加輔助燃料)及干污泥用作能源的可能。1.5城市污泥含氮量的測(cè)定污泥厭氧消化的適宜C/N值為(10~20)∶1。我國(guó)城市污泥雖屬高碳水化合物型,但由于城市污水中工業(yè)廢水所占比重較高,含氮量較高,所以污泥C/N值仍可保持(10~20)∶1的水平。1.6城市污水污泥pH值與酸堿度也是厭氧消化的重要影響因素,我國(guó)城市污水污泥pH值為6.5~7.0,總堿度為16~26mg/L,基本屬于正常范圍,不會(huì)對(duì)消化等反應(yīng)產(chǎn)生太大的影響。2處理和處理2.1城市污水處理廠據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩痔峁┑臄?shù)字,目前我國(guó)的污水處理率為25%左右,污水排放量為401×108m3/a,已建成運(yùn)轉(zhuǎn)的城市污水處理廠有400余座,處理能力為2534×104m3/d。按污泥產(chǎn)量占處理水量的0.3%~0.5%(以含水率97%計(jì))計(jì)算,我國(guó)城市污水廠污泥的產(chǎn)量為(7.602~12.670)×104m3/d。2.1.1現(xiàn)有污泥處理技術(shù)從我國(guó)已建成運(yùn)行的城市污水廠來(lái)看,污泥處理工藝大體可歸納為18種工藝流程,見(jiàn)表5。2.1.2剩余污泥回用污泥濃縮主要是降低污泥中的孔隙水,通常采用的是物理法,主要包括重力濃縮法、氣浮濃縮法、離心濃縮法等,其處理性能如表6所示。從表6可以看出,初沉污泥用重力濃縮法處理最為經(jīng)濟(jì)。對(duì)于剩余污泥來(lái)說(shuō),由于其濃度低、有機(jī)物含量高、濃縮困難,采用重力濃縮法效果不好,而采用氣浮濃縮、離心濃縮則設(shè)備復(fù)雜,費(fèi)用高,也不合適。所以,目前推行將剩余污泥送回初沉池與初沉污泥共同沉淀的重力濃縮工藝,利用活性污泥的絮凝性能,提高初沉池的沉淀效果,同時(shí)使剩余污泥得到濃縮。對(duì)此進(jìn)行的試驗(yàn)研究表明這種工藝的初沉池出水水質(zhì)好于傳統(tǒng)工藝。我國(guó)污水廠所采用的污泥濃縮方法的情況見(jiàn)圖1。限于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)狀況,且污泥中有機(jī)物含量低,所以重力濃縮法仍將是今后主要的污泥減容手段。2.1.3常見(jiàn)被采用的原因我國(guó)目前常用的污泥穩(wěn)定方法是厭氧消化,好氧消化和污泥堆肥也有部分被采用,并且污泥堆肥正處于不斷研究階段,而熱解和化學(xué)穩(wěn)定方法由于技術(shù)的原因或者是由于經(jīng)濟(jì)、能耗的原因而很少被采用。圖2為上述幾種污泥穩(wěn)定方法在我國(guó)所占的比例。從圖2可以看出,我國(guó)城市污水污泥中有55.70%沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何穩(wěn)定措施,大量的未經(jīng)穩(wěn)定處理的污泥必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。就我國(guó)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)技術(shù)情況來(lái)看,由于經(jīng)過(guò)厭氧消化后的污泥具有易脫水、性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn),所以今后污泥穩(wěn)定將仍是以厭氧消化為主,而污泥好氧堆肥是利用微生物的作用將污泥轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)的過(guò)程,堆肥后污泥穩(wěn)定化、無(wú)害化程度高,是經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便、高效低耗的污泥穩(wěn)定化無(wú)害化替代技術(shù),也將在我國(guó)擁有廣闊的應(yīng)用前景。2.1.4脫水技術(shù)的應(yīng)用我國(guó)現(xiàn)有的污泥脫水措施主要是機(jī)械脫水,而干化場(chǎng)由于受到地區(qū)條件的限制很少被采用。圖3為幾種污泥脫水技術(shù)在我國(guó)所占的比例。污泥經(jīng)濃縮、消化后含水率尚為95%~97%,體積仍然很大。這樣龐大體積的污泥如果不經(jīng)過(guò)干化脫水處理,不但會(huì)造成環(huán)境污染,也將為運(yùn)輸及后續(xù)處置帶來(lái)許多不便。從圖3可以發(fā)現(xiàn),我國(guó)將近50%的污泥沒(méi)有經(jīng)過(guò)脫水,說(shuō)明我國(guó)的污泥脫水還是比較落后,還存在很大的問(wèn)題。2.2污泥處理現(xiàn)狀城市污水污泥的處置途徑包括土地利用、衛(wèi)生填埋、焚燒處理和水體消納等方法,這些方法都能夠容納大量的城市污水污泥。我國(guó)自1961年北京高碑店污水處理廠的污泥大多被當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民施用于土地,其后的天津紀(jì)莊子污水處理廠的污泥也均用于農(nóng)田。隨著城市污水污泥產(chǎn)量和污水處理廠的逐漸增多,目前我國(guó)已開(kāi)始將污水處理廠污泥用于土地填埋和城市綠化,并將污泥作為基質(zhì),制作復(fù)合肥用于農(nóng)業(yè)等。但在國(guó)內(nèi),總的狀況還是以土地利用的形式將污泥用于農(nóng)業(yè)。但由于我國(guó)在污泥管理方面對(duì)污泥所含病原菌、重金屬和有毒有機(jī)物等理化指標(biāo)及臭氣等感官指標(biāo)控制的重視程度還不夠,因此限制了對(duì)污泥的進(jìn)一步處置利用,圖4為幾種污泥處置技術(shù)在我國(guó)所占的比例。我國(guó)的污泥處置,即最終出路存在嚴(yán)重問(wèn)題,從圖4可以看到仍有13.79%的污泥未經(jīng)任何處置,這將給環(huán)境帶來(lái)巨大危害。污泥散發(fā)的臭氣污染空氣,病原菌對(duì)人類健康產(chǎn)生潛在威脅,重金屬和有毒有害有機(jī)物污染地表和地下水系統(tǒng)。造成這種現(xiàn)象的原因可以歸納如下:由于我國(guó)污泥處理處置起步較晚,許多城市沒(méi)有將污泥處置場(chǎng)所納入城市總體規(guī)劃,從而造成很多處理廠難以找到合適的污泥處置方法和污泥棄置場(chǎng)所;我國(guó)污泥利用的基礎(chǔ)薄弱,人們對(duì)污泥利用的認(rèn)識(shí)存在嚴(yán)重不足,對(duì)污泥的最終處置問(wèn)題缺乏關(guān)注,給一些有害污泥的最終處置留下了隱患;污泥的利用率不是很高,仍有一部分污水廠污泥只經(jīng)貯存即由環(huán)衛(wèi)部門外運(yùn)市郊直接堆放(南方很多城市采用這種方式)。這樣的處置方式既影響了污水廠的正常運(yùn)行,同時(shí)污泥的隨意堆放又可能產(chǎn)生二次污染,也造成污泥資源的浪費(fèi)。因此,我國(guó)當(dāng)前面臨的問(wèn)題是盡快發(fā)展污泥處置技術(shù)來(lái)應(yīng)付不斷增長(zhǎng)的污水污泥。傳統(tǒng)的污泥土地處理不僅可利用土壤的自凈能力對(duì)污泥作進(jìn)一步無(wú)害化處理,而且污泥中的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)可改善土壤結(jié)構(gòu),也可回收利用有機(jī)質(zhì),促進(jìn)植物生長(zhǎng),污泥土地利用使生產(chǎn)費(fèi)用降低。無(wú)論從經(jīng)濟(jì)因素還是從肥效利用出發(fā),污泥的土地利用特別是污泥農(nóng)用都是一種符合我國(guó)國(guó)情的處置方法。3污水污泥的處理