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我国城镇污水厂污泥处理处置及政策发展过程分析

浏览次数:121  更新时间:2018-03-20

我国城镇污水厂污泥处理处置及政策发展过程分析

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  一、我国污泥处理处置的概况

  污泥是污水处理厂处理污水的衍生物,是污水处理的遗留物和污水污染物质的集合体。据统计,截至2009年底,中国设市城市、县及部分重点建制镇累计建成污水处理厂1993座,总处理能力已超过1.0×108M3/d,在建和已建项目处理能力总和预计可达1.6×108M3/d 。相应的城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加,预计我国每年污泥的产生量会达到3000多万吨,污泥处理处置的迫切性已不容忽视。污泥的处理处置技术和方案一直是众多科研院所和企业研究的重点和热点,但目前在国内并没有形成一个成熟的主流工艺技术。另外,地方政府对污泥处理处置的技术也没有全面、确切的认识,难以把握各种技术的成熟性、先进性和合理性。当前我国污泥的处理处置还处于严重滞后状态,因污泥的不安全处置产生的二次污染问题屡见不鲜。为更好的推进我国污泥处理处置的快速发展,本文总结分析了我国污泥处理处置发展过程,首次提出了污泥处理处置发展的三个阶段,并就我国政府在污泥处理处置上做出的努力进行了阐述。

  二、我国污泥处理处置发展过程

  1、污泥初期形成及环境污染隐患出现阶段

  20世纪60-70年代我国污水处理厂较少,污泥产生量不多且成分简单,污泥简易处理后作为农肥使用,所以在此阶段污泥是资源,污泥处理处置尚未成为问题。比如西安、太原、鞍山、成都等城市污水处理厂污泥经厌氧消化后基本全部进行土地利用。当时我国污泥处理大多采用中温厌氧消化,技术和设备几乎全部进口,污泥处理和最终出路方面尚属于萌芽阶段。随着城市污泥产生量和污水处理厂的逐渐增多,开始将污水处理厂污泥用于土地填埋和城市绿化,并将污泥作为基质,污泥烘干制作复合肥用于农业等。总之,由于污泥产生量相对较小,主要以污泥土地利用为主,将污泥用于农业。

  20世纪80-90年代,我国城市污水处理事业获得了跳跃性发展,城市污水处理厂的数量发展到300多座。在这一时期污水处理事业的重点主要集中在城市污水厂的建设上,污泥处置的问题并未凸显,因此在建设中未能对污泥的处理处置进行详细的规划和设计,导致各个部门受认识、资金、技术、土地等条件的制约,在污泥处置方面仍以农田利用和堆放销毁为主。

  由于污泥中含有较多盐分以及有毒有害物如重金属、有机污染物、病原菌、寄生虫等,直接施用会污染土壤、水体,危害农作物或通过食物链危害人体健康,在上海的专项调查研究发现,连续施用污泥达10年以上时,土壤中Cd、Zn、Cu含量均很高,种植的作物受到严重的污染,污泥施用越多,污染情况越严重。另一方面,由于国内在污泥管理方面对污泥所含病原菌、重金属和有毒有害有机物等理化指标及臭气等感官指标控制的重视程度还不够高、限制了对污泥的进一步处理利用。污泥的随意堆放导致污泥渗滤液污染地表水,产生二次污染,污泥污染环境问题逐渐显现。

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  2、污泥处理处置起步阶段

  20世纪 90年代后,我国污水厂建设规模与数量迅速扩大,污泥处理主要采用延时曝气和好氧消化法,其处置有了不同的方式方法,所产生的污泥主要采用土地利用、填埋和综合利用等多种形式进行处置。

  (1) 污泥土地利用

  污泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素以及植物所必须的各种微量元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等,能够改善土壤结构,增加土壤肥力,促进作物的生长。实践证明,用污泥作为肥料使用,土壤的持水能力、毛细血管孔隙和离子交换能力、有机质含量、总氮等土壤养分含量均有所提高。此外,污泥还能够改变土壤的生物学性状,使土壤中微生物总量及放线菌所占比例增加,土壤的代谢强度提高。

  污泥的土地利用包括直接利用、堆肥后利用以及达到一定标准时用作垃圾填埋场的覆盖土。污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点,被认为是最有发展潜力的一种处置方式。这种处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、草地、市政绿化、育苗基质以及土地修复与重建和替代填埋场的覆盖用粘土。

  (2) 污泥填埋

  污泥的卫生填埋始于20世纪60年代,是从保护环境的角度出发,在传统填埋的基础上经过科学选址和必要的场地防护处理,具有严格的管理制度和科学的工程操作方法。填埋是一种比较成熟的处置技术,其优点是处置方法简单、处理容量大、见效快、易行、成本低,污泥不需要高度脱水,适应性强。

  污泥既可单独填埋也可与生活垃圾和工业废物一起填埋。填埋场一般为废弃的矿坑或天然的低洼地。污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式。经过消化后的污泥有机物含量减少,性能稳定,总体积减少,脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。

  (3) 污泥焚烧

  污泥焚烧是污泥处置的一种工艺,包括干化焚烧和直接焚烧。它利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥,再用高温氧化污泥中的有机物,最终成为少量稳定的灰渣。城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素、木质素,脱水后的干污泥发热量在5000-10000KJ/kg左右,掺入适量的引燃剂、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加物配制成“合成燃料”,可作工业炉窑或生活锅炉的辅助燃料。焚烧法具有减重率高,处理速度快,无害化彻底,余热可用于发电或供热等优点。既解决了污泥的出路问题又充分地利用污泥中的能源。其技术优势在于处理的彻底性,减量率可达到90%以上。

  污泥焚烧技术最早应用于西方国家,目前我国只有中国科学院、浙江大学、清华大学和华中科技大学对污泥的焚烧原理进行了一定的研究,污泥焚烧在国内应用不多。大规模市政污泥焚烧技术的应用开始于2004年建成运行的上海石洞口污水处理厂污泥焚烧系统。随着我国在污泥焚烧理论和设备方面的研究逐步加深以及国外污泥焚烧技术的引进,近年来我国污泥焚烧实际工程也有相关报道,主要集中在热电厂锅炉改造,实行污泥、煤、垃圾混烧发电等方面。

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  (4) 污泥烧制建材

  污泥建材化是污泥资源化技术的重要发展方向之一。污泥含有机物60%-70%,无机物(Al、Si、Fe、Ca)30%-40%,类似于常用建筑材料的原料成分,这为污泥建材化提供了可能和条件。污泥建材化主要包括制造砖、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等。目前研究较多的是污泥制砖,分污泥焚烧灰制砖和污泥直接制砖。西方国家常采用污泥焚烧灰制砖,而我国则倾向采用干化污泥制砖,充分利用污泥中有机质的发热量,降低烧砖能耗。污泥砖在焙烧过程中病原菌可全部被杀灭,重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb等)被固结,实现污泥的无害化。也有一些研究采用城市污水厂污泥替代河道淤泥或部分粘土烧制轻质陶粒,取得了较好的效果。充分利用污泥有机质作为焙烧过程的发泡剂,不仅能够降低原料成本,获得性能优异的陶粒及轻质材料,还在一定程度上解决污泥出路问题。

  另外污泥灰分高,其化学特性与水泥生产所用原料基本相似,污泥制水泥成为可能。污泥经过干化和研磨后添加适量石灰即可制成水泥。此外,水泥窑具有燃烧炉温高和处理物料量大等特点,利用城市污泥烧制水泥同时兼具减容和减量作用。

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  3、污泥处理处置徘徊发展阶段

  进入21世纪后,随着城市发展和环境污染的加剧,我国城镇污水处理快速发展,进而产生大量的生化污泥。传统的污泥处理处置方式已经不能满足社会的需求,污泥处理处置出现了新的环境污染问题,引起国家和地方政府的注意。但是,此阶段并没有出现更合理、可靠和安全的处理处置技术,各地政府在污泥处理处置上采取了保守的态度,污泥处理处置技术发展徘徊不前。

  土地利用因污泥中有害成分的存在受到限制。污泥的来源及成分比较复杂,含有植物营养成分的同时,也含有各种病原菌、寄生虫卵,以及铜、锌、铬、砷、汞等重金属和多氯联苯等难降解的有毒有害物质。污泥的长期施用必然会导致土壤中有害成分的积累;进而威胁土壤中的生物体,存在着有害物质积累的环境风险。污泥土地利用的一个原则是施用污泥中的有害成分不能超过受施土壤的环境容量。一般来说,污泥在进行土地利用前需经过无害化预处理,以降低乃至去除其中病原菌、有毒有害有机物、重金属等。但是,目前并没有此方面的成熟技术,从而导致了污泥土地利用不能大规模推广。

  填埋因污泥性质的特殊性受到限制。脱水后的污泥含水率一般在75%以上,这不能满足填埋场的要求,需要再处理后才能送到生活垃圾填埋场填埋。国外资料显示,当脱水后的污泥和垃圾混合填埋时,要求污泥的含固率要大于35%,抗剪强度大于25kN/m 。有些污泥因为土力学性质很差而无法进行填埋操作,必须投加石灰进行后续处理,这就增加了污泥处置的成本;为此有的国家设置了专用的污泥填埋场,而污泥添加剂的使用又可导致填埋场寿命的缩短。

  另一方面,污泥填埋需要占用较大场地,而且填埋场地建设和污泥运输的费用较高,填埋场容量有限;填埋场有害成分的渗漏可能会对地下水造成污染,场地的臭气问题造成二次污染等。

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  污泥焚烧因投资成本高和技术水平有限受到限制。首先,污泥焚烧项目建设耗资大、焚烧厂运行费用高,对地方社会经济水平提出较高的要求。工艺设计和设备复杂,对操作人员的素质和技术水平要求高。其次,污泥在焚烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气。研究发现,在焚烧灰渣中,尤其是飞灰中含有较多Cd、Pb及其它重金属,属于危险废弃物。若处理不当容易渗漏而污染地下水体、附近地表水体和土壤,进而危害人类健康。在排放的烟气中含有二恶英和呋喃等剧毒物质,若控制不当可能会产生二次污染,严重影响人的健康。再者,目前我国污泥焚烧市场化投资模式还不成熟,存在不确定的风险性。

  此外,污泥烧制建材技术尚不成熟。污泥烧制建材应在确保有害物质(重金属) 不浸出、烧成品性能达标的前提下,提高工艺中污泥掺加量。但是,目前在污泥建材综合利用技术中,污泥的掺量和产品的附加值普遍偏低。同时,过多强调资源化,而对资源化过程中污染物的迁移、转化规律缺乏系统、深入地研究,特别是在污泥高温资源化利用过程中对重金属固化除毒机理的研究不够。如污泥中含活性阴离子氯,可造成钢筋发生小孔腐蚀,限制了污泥水泥的应用范围。

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  三、国家在污泥处理处置政策上的推进过程

  多种污泥处理处置工艺技术有其各自的优缺点和适用范围,工艺的选择必然存在争议。虽然我国政府在城镇污水厂污泥处理处置上作做出了一些努力,试图寻求最佳可行技术。但目前仍然处于一种无序的摸索阶段。

  为指导污泥农用,1984年我国城乡建设环境保护部发布了《农业污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)。标准对污泥中的有害物质进行了限制,并规定了污泥农用地期限,在一定程度上对污泥农用的安全性初步给予了指导;但是,该标准年代久远,无法保障污泥土地的安全利用,而且我国缺乏对污泥农用的长期定位监测。

  为进一步明确污泥的处理处置方向,2000年建设部、国家环保总局,科技部联合发布了《城市污水处理及污染防治技术政策》,对污泥的处理提出了要求。规定城市污水处理产生的污泥,应采用厌氧、好氧和堆肥等方法进行稳定化处理,也可采用卫生填埋方法予以妥善处理。经过处理后的污泥,达到稳定化和无害化要求的可为农田利用,否则应按有关标准和要求进行卫生填埋处置。同年国家环境保护总局和国家技术监督检验总局批准发布《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)。该标准规定了污泥稳定化处理后的指标:无论是厌氧消化还是好氧消化有机物降解率都要大于40%;并进一步规定了含水率、蠕虫卵死亡率、粪大肠菌群值等指标限值。

  2007年,国家对污泥处理处置的管理力度进一步加大。环境保护总局启动“环境技术管理体系建设”,并将污水污泥列入首批试点的六大行业之一,并于2008年初发布了《城市污水处理厂污水污泥处理处置最佳可行技术导则》(征求意见稿)。

  为有效规范污泥处理处置及其市场发展,建设部陆续制定和发布一系列污泥行业的标准,如:《城市污水处理厂污泥检验方法》(CJ/T221-2005)、《城镇污水处理厂污泥处置分类》(CJ/T239-2007)、《城镇污水处理厂污泥泥质》(CJ/T 247-2007)、《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》(CJ/T248-2007)、《城镇污水处理厂污泥处置  混合填埋泥质》(CJ/T249-2007)《城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》(CJ/T 289-2008)、《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》(CJ/T291-2008)、《城镇污水处理厂污泥处置 单独焚烧用泥质》(CJ/T 290-2008)。

  2009年住房和城乡建设部又颁布《城镇污水处理厂污泥处理技术规程》(CJJ131-2009)(备案号J891-2009)。在同年的2月份建设部、环保部和科技部联合发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》,该技术政策明确了污泥处理处置的技术路线,规定在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综合利用,同时规定了污泥处理处置的保障措施;另一方面,提出了污泥处理处置的投融资机制,有利于污泥市场的发展。为了在污泥处理处置技术上给予引导,2010年2月环境保护部发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》(试行),筛选出了污泥处理处置的最佳可行技术。技术政策和最佳可行技术指南的出台给我国城市污水处理厂污泥处理处置指明了方向,在很大程度上将促进我国污泥处理处置的发展

  四、对我国污泥处理处置的现状总结与建议

  1、我国城镇污水厂污泥的处理处置经历了一个漫长的过程,在处理处置技术上一直沿用传统的方式和技术,在某些程度上存在一定局限性,导致我国污泥处理处置方式出现多元化发展,我国的污泥处理市场在今后的几年还将以多种技术方式存在。我国污泥成分的复杂性导致非焚烧污泥处理处置技术的多样化成为必然,真正形成主要流派的技术还需要一个过程。污泥处理处置技术不规范,缺乏监管,从而导致二次污染的产生。

  2、在我国污泥焚烧技术起步较晚,焚烧可实现污泥的减量化和无害化,但是污泥焚烧处置的工程建设投资成本较高,技术要求严格,缺乏合理的运营管理模式,实现规模化发展还需要一个过程。

  3、为推动城镇污水处理厂污泥处理处置向前迈进,我国政府也做出了一些努力,尤其是近几年发布了一系列的政策、标准以及指南,明确了城镇污水厂污泥处理处置技术发展方向和技术原则,筛选出了最佳可行性技术,将迅速推进我国污泥处理处置事业。

  4、目前我国污泥行业投融资体制还不完善,导致污泥处理处置设施建设和运行资金欠缺保障,各级政府应进一步提高污水处理费的征收水平,污水处理费应包括污泥处理处置运营成本,并可通过财政补贴等途径落实污泥处理处置费用,确保污泥处理处置设施正常稳定运营。

  5、各级政府应加大对污泥处理处置设施建设的资金投入,对列入国家鼓励发展的污泥处理处置技术和设备,按规定给予财政和税收优惠;鼓励通过特许经营方式引导社会资金参与污泥处理处置,建立多元化投资和运营机制。

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