純水設(shè)備分析城市污泥處置技術(shù)及資源化應(yīng)用進(jìn)展
【蘭州純水設(shè)備http://www.shequ6.cn】城市污泥作為城市污水處理廠的副產(chǎn)物，因其產(chǎn)量大、成分復(fù)雜而受到越來(lái)越多的關(guān)注。城市污泥中含有大量的有機(jī)化合物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砜赊D(zhuǎn)化為寶貴的資源。因此，探索適合我國(guó)國(guó)情的污泥技術(shù)合理處置和利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外常用的城市污泥處置技術(shù)，并分析了不同技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，以期為讀者提供目前城市污泥處置與資源化的基本思路、發(fā)展現(xiàn)狀及背景。
一、國(guó)內(nèi)外常用的城市污泥處置技術(shù)
目前主要有三種污泥處置技術(shù):衛(wèi)生填埋、污泥焚燒和土地利用。國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平的不同城市污泥處置技術(shù)的早期工業(yè)化的西方發(fā)達(dá)國(guó)家超純水設(shè)備,污泥處置技術(shù)相對(duì)完善,占相當(dāng)比例的污泥土地利用,如污泥土地利用污泥總產(chǎn)量的33%,占英國(guó)(55%)、法國(guó)(50%)、葡萄牙高達(dá)80%。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計(jì),到2014年底,約56%的污泥通過無(wú)害的建筑材料在中國(guó)治療,焚燒、堆肥和衛(wèi)生填埋,未能滿足治療需求80%的目標(biāo)設(shè)定在“十二五”規(guī)劃建設(shè)的全國(guó)城市污水處理和回收設(shè)施由國(guó)務(wù)院發(fā)布。
二世。城市污泥處理技術(shù)概述
1. 衛(wèi)生填埋
污泥衛(wèi)生填埋技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，分為混合填埋和分離填埋。混合填埋場(chǎng)是指污泥與生活垃圾在填埋前充分混合、壓扁、壓實(shí)。單獨(dú)填埋是指對(duì)污泥進(jìn)行簡(jiǎn)單的殺菌處理，將填埋場(chǎng)處置在某一特定的填埋場(chǎng)內(nèi)，用惰性、粘性的土壤將其覆蓋，種植綠色植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，分為溝渠填埋場(chǎng)、填埋場(chǎng)和堤壩填埋場(chǎng)三種類型。衛(wèi)生填埋技術(shù)操作簡(jiǎn)單，污泥不需要高度脫水(自然干燥)，無(wú)毒無(wú)害，成本低。但同時(shí)，衛(wèi)生填埋技術(shù)本身也存在處理周期長(zhǎng)(污泥穩(wěn)定時(shí)間2-7年)、占用土地嚴(yán)重、填埋滲濾液可能導(dǎo)致土壤和地下水污染等問題。
由于土地資源的限制和滲濾液對(duì)土壤和地下水的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，制約了填埋技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家衛(wèi)生污泥填埋處置的比例越來(lái)越低。城市衛(wèi)生污泥填埋處置比例由1980年的27%下降到2005年的6%。法國(guó)自2005年起禁止污泥填埋;自2009年以來(lái)，美國(guó)大部分污泥填埋場(chǎng)已經(jīng)關(guān)閉。2009年，中國(guó)頒布了《城市污泥處理廠污泥處理處置和污染防治技術(shù)政策(試行)》，明確規(guī)定只有無(wú)土地利用和建筑材料綜合利用的污泥才能用于衛(wèi)生填埋處置。與此同時(shí)，越來(lái)越多的地區(qū)正在減少甚至限制垃圾填埋場(chǎng)的建設(shè)。
2. 污泥焚燒
污泥焚燒是一種好氧條件下污泥的高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)。常用于處理有毒有害的有機(jī)污泥和剩余污泥。城市污泥中含有大量的有機(jī)化合物和纖維木質(zhì)素。經(jīng)過脫水干燥，有機(jī)物直接燃燒，完全碳化。同時(shí)，徹底殺滅污泥中的病原和蟲卵，使污泥體積最小化，最終成為更穩(wěn)定的灰渣。
污泥焚燒技術(shù)處理速度快，無(wú)害化徹底，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間貯存，處置面積小，且余熱可用于發(fā)電或供熱。污泥焚燒設(shè)備主要有立式多級(jí)爐、回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐和流化床式焚燒爐。目前，污泥焚燒技術(shù)已廣泛應(yīng)用于西歐和日本。日本污泥焚燒占污泥處理總量的60%以上，歐盟占10%以上。中國(guó)第一個(gè)大型污泥焚燒處理設(shè)施——深圳市環(huán)境衛(wèi)生綜合處理廠于1988年11月投入運(yùn)行，至今已運(yùn)行約20年。青島污泥焚燒發(fā)電項(xiàng)目成立于2005年，污泥日處理能力可達(dá)26t，每小時(shí)可產(chǎn)生700多度。
污泥焚燒技術(shù)也存在一些問題。一是污泥含水率高(60%以上)，燃燒要求高，處理設(shè)施投資大，能耗高，處理維護(hù)費(fèi)用高。二是污泥焚燒易產(chǎn)生酸性氣體、二惡英等有毒有害氣體，易產(chǎn)生二次污染。據(jù)日本國(guó)土交通省統(tǒng)計(jì)，超純水設(shè)備污泥焚燒過程中產(chǎn)生的N2O占污水處理行業(yè)溫室氣體排放總量的21%。此外，污泥中含有大量寶貴的生物資源，焚燒后未得到充分利用，不符合可持續(xù)發(fā)展的需要。因此，這些問題制約了污泥焚燒技術(shù)的進(jìn)一步推廣。
3.土地利用
城市污泥含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等有益成分，同時(shí)具有強(qiáng)黏性與強(qiáng)吸水性，能明顯改善土壤的物化性質(zhì)，有利于形成土壤團(tuán)粒、提高團(tuán)粒的水穩(wěn)定性和保水能力，減少水土流失，顯著提高土壤肥力與生物活性，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。因此土地利用也是城市污泥處置的重要潛在途徑之一。
雖然污泥可以用于鹽堿地、沙地及受損土壤的修復(fù)改良，但由于城市污泥中也含有某些有毒有害物質(zhì)和病原體、寄生蟲卵等，若污泥未經(jīng)預(yù)處理直接土地利用，濃度過高的氮、磷物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致地下水污染;重金屬(汞、鋅、鉻、鉛、鎳等)可能造成土壤的二次污染，并有可能通過食物鏈進(jìn)入人體;另外，病原體、寄生蟲卵會(huì)對(duì)環(huán)境和公共衛(wèi)生造成影響。這些都是污泥土地利用在實(shí)際應(yīng)用中亟需解決的問題。
三、城市污泥的資源化利用
從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源開發(fā)利用、城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面來(lái)看，城市污泥處置的理想出路是資源化利用。城市污泥資源化利用應(yīng)遵循“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的基本原則。其中安全環(huán)保是必須堅(jiān)持的基本要求;循環(huán)利用是努力實(shí)現(xiàn)的重要目標(biāo);節(jié)能降耗是充分考慮的重要因素;因地制宜是方案比選決策的基本前提;穩(wěn)妥可靠是貫穿始終的必需條件。目前幾種主要的污泥資源化技術(shù)如下。
1.城市污泥農(nóng)用資源化
(1)城市污泥堆肥化
污泥堆肥化技術(shù)是從20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興生物處理技術(shù)，其屬于污泥土地利用的一種資源化技術(shù)，被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置技術(shù)。污泥堆肥化的主要機(jī)理是：污泥中不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)在微生物發(fā)酵作用下，降解和轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，病原菌與蟲卵被殺死，同時(shí)一定程度上消除惡臭。
污泥堆肥化的工藝流程一般為前處理——次發(fā)酵——二次發(fā)酵——后處理，其優(yōu)點(diǎn)是投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低，堆肥產(chǎn)品便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用。日本在20世紀(jì)90年代末己建35座污泥堆肥廠;目前英國(guó)、法國(guó)、瑞士、瑞典和荷蘭等國(guó)家城市污泥的農(nóng)用資源化達(dá)污泥總量的50%左右，盧森堡達(dá)80%以上。
污泥堆肥化技術(shù)雖然是目前最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置技術(shù)，但是由于國(guó)內(nèi)很多污水廠混入工業(yè)污水，污泥中含有潛在的污染物質(zhì)造成污泥堆肥化技術(shù)受到限制。目前國(guó)家農(nóng)業(yè)部己通過嚴(yán)格把控污泥制品的肥料證的方式限制污泥制品進(jìn)入食物鏈或生態(tài)系統(tǒng)，因此對(duì)污泥堆肥化產(chǎn)品的后續(xù)發(fā)展還有待于進(jìn)一步研究。
(2)城市污泥消化制沼氣
污泥消化制沼氣己有100多年的歷史，20世紀(jì)80-90年代開始逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和工業(yè)化。城市污泥含有大量有機(jī)物，經(jīng)厭氧消化可分解成穩(wěn)定物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污泥減量化和無(wú)害化處置，同時(shí)產(chǎn)生以甲烷為主的沼氣。現(xiàn)代工業(yè)化污泥生產(chǎn)沼氣是將污泥置于特定的反應(yīng)器內(nèi)，根據(jù)污泥不同成分，通過對(duì)反應(yīng)器內(nèi)厭氧環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，充分利用微生物參與有機(jī)物的逐級(jí)發(fā)酵降解，針對(duì)國(guó)內(nèi)某些地區(qū)污泥有機(jī)質(zhì)比例偏低，可考慮與餐余垃圾協(xié)同發(fā)酵，最終實(shí)現(xiàn)甲烷化。反應(yīng)后的殘?jiān)?/span>(僅剩原總量的40%)中仍存在大量豐富營(yíng)養(yǎng)成分，可作為有機(jī)肥料或土壤改良劑用于農(nóng)田、土壤的修復(fù)與改良等。該技術(shù)資源化、無(wú)害化程度高。
2.城市污泥的建材資源化
(1)城市污泥制生態(tài)水泥
我國(guó)建材行業(yè)是天然礦物和能源的高消耗行業(yè)，每年生產(chǎn)各種建筑材料需消耗50多種資源，給環(huán)境帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。超純水設(shè)備城市污泥含有20%-30%的無(wú)機(jī)物，尤其是混凝法處理廢水的污泥中含有大量的鋁、鐵等成分，經(jīng)焚燒后灰渣可替代部分水泥原料;其添加一定量的石灰，高溫焚燒制得質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)水泥。
污泥制水泥技術(shù)管理簡(jiǎn)便、可操作性強(qiáng)、污泥處置成本低、節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。發(fā)達(dá)國(guó)家利用城市污泥生產(chǎn)水泥己有豐富的經(jīng)驗(yàn)，例如日本利用城市污泥焚燒灰渣和下水道污泥為原料實(shí)現(xiàn)水泥的批量化生產(chǎn)，并于2001年建成世界上第一座生態(tài)水泥廠，年產(chǎn)量11萬(wàn)噸水泥。
(2)污泥制輕質(zhì)陶粒
輕質(zhì)陶粒是一種人造輕質(zhì)粗集料，因質(zhì)地輕、強(qiáng)度高、保溫性好等特性備受關(guān)注，可用作路基、混凝土骨料或花卉覆蓋材料，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦徒ú摹Ｏ嚓P(guān)方面的研究于20世紀(jì)80年代己趨成熟，并己進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。制備機(jī)理是用污泥做主要原料，黏土和爐渣做輔助料，經(jīng)過焙燒、成球形成具有一定硬度的污泥陶粒，常見的技術(shù)方法有同轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)。
(3)污泥制磚
污泥制磚是指將污泥經(jīng)過一定處理篩選后，與其他原料或外加劑混合(如黏土、頁(yè)巖、煤研石、粉煤灰)，加壓成型，焙燒后制得污泥磚。該方法不僅在坯料中封存污泥中的有毒重金屬，殺死有害病菌，實(shí)現(xiàn)污泥資源化;同時(shí)充分利用污泥熱值，制成的污泥磚空隙多、磚質(zhì)輕，具有一定的隔音隔熱的效果，而且完全沒有異味。經(jīng)過條件優(yōu)化，污泥磚的主要指標(biāo)可達(dá)到普通燒結(jié)磚的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具有高抗壓強(qiáng)度、重量比同體積的普通磚輕等優(yōu)點(diǎn)，可節(jié)省10%的能耗，10%-15%的黏土土資源。常見的污泥制磚有兩種方法，分別為污泥焚燒灰制磚和干化污泥直接制磚，目前市場(chǎng)上以干化污泥直接制磚為主，其工藝主要是通過人工烘干或自然晾干將污泥干化后進(jìn)行磨細(xì)處理，之后和其他原料混合加壓成型燒制成磚，污泥制磚主要技術(shù)要點(diǎn)是控制污泥摻量(10%-20%)，當(dāng)污泥摻量高于30%時(shí)，污泥磚抗壓強(qiáng)度己不能達(dá)到磚的性能標(biāo)準(zhǔn)。
3.污泥的環(huán)境資源化應(yīng)用
(1)污泥制黏結(jié)劑
城市污泥含有大量有機(jī)物，有一定黏結(jié)性能與熱值，可用于制備型煤黏結(jié)劑。城市污泥替代白泥可以改善高溫下型煤的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)不通，提高成型煤的氣化反應(yīng)性，降低燃燒后灰渣中的殘?zhí)浚岣咛嫁D(zhuǎn)化率，同時(shí)污泥在高溫氣化爐內(nèi)被處理，可以有效防止二次污染。實(shí)驗(yàn)研究表明煤中摻入20%左右的城市污泥(含水率為80%)，不會(huì)影響煤的燃燒特性，相反改善和提高煤的燃燒性能。
(2)污泥制吸附劑
活性炭是一種常見的高效吸附劑，但是制備商品活性炭的原材料昂貴，其是導(dǎo)致活性炭生產(chǎn)成本高原因之一。理論上幾乎所有含碳物質(zhì)均可用作制備活性炭的原材料，而城市污泥含有豐富的有機(jī)碳。以含碳較多的生化污泥為原料在一定高溫下可以通過化學(xué)途徑將其制成含碳吸附劑，可用于處理污水處理。
4.污泥其他資源化應(yīng)用
(1)污泥制動(dòng)物飼料
污泥中含有大量有價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，粗蛋白占28.7%-40.9%、灰分占26.4%-46.0%、纖維素占26.6%-44.0%,脂肪酸占0%-3.7%，且污泥蛋白中含有幾乎所有家畜飼料所需的氨基酸，各種氨基酸之間相對(duì)平衡，因此可以將凈化處理后的污泥加工成污泥飼料。研究表明將污泥飼料用來(lái)喂魚，可提高魚的產(chǎn)量，同時(shí)用污泥飼料與一般飼料混合(混合比例為9：1)飼養(yǎng)的雞與用一般飼料飼養(yǎng)的雞對(duì)照，雞的體重有所增加，產(chǎn)蛋率也有提高。但是如果污泥未經(jīng)預(yù)處理而被制成污泥飼料，污泥飼料中的有毒物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)的積累，可能會(huì)造成的潛在危害，其影響還有待于進(jìn)一步研究。
(2)污泥低溫裂解制油
污泥低溫裂解制油研究開始于20世紀(jì)80年代，己成功應(yīng)用于處置市政污泥。該技術(shù)是把含水率約為65%的污泥在無(wú)氧條件下加熱升溫至4500℃左右，在催化劑作用下污泥中的脂肪烴化合物轉(zhuǎn)化為油、炭、不凝性氣體和反應(yīng)水。
污泥低溫?zé)峤庵朴图夹g(shù)的產(chǎn)物如氣體和油有很高的熱值，是潛在的燃料。目前該種技術(shù)在國(guó)外己開始用于生產(chǎn)實(shí)踐，加拿大正在進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，澳大利亞柏斯建造了世界上第一座工業(yè)規(guī)模的污泥煉油廠，處理十污泥量可達(dá)25t/d。目前國(guó)內(nèi)的污泥熱解技術(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。水處理設(shè)備 去離子水設(shè)備
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