武漢市污泥處理處置技術(shù)研究與探索
1 武漢市污泥處理處置概況
武漢地處中國中部，漢江匯入長江的入口，是中部重要的工業(yè)和交通基地。城市區(qū)域總面積8494平方公里，城區(qū)面積888平方公里，主城區(qū)面積252平方公里。2003年底，武漢市總?cè)丝诩s781.2萬人，城區(qū)人口約451.2萬人。武漢城市污泥固體廢物焚燒爐將于2008年至2010年運(yùn)行。武漢市的污泥富含有價(jià)值的營養(yǎng)，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物生產(chǎn)及肥田。武漢市可持續(xù)污泥管理計(jì)劃可能包含填埋的方法，但填埋不是處置的唯一途徑。本項(xiàng)目研究目的是為武漢市制定一個(gè)概念性的污泥管理戰(zhàn)略計(jì)劃，制定收益性回用或者其他可持續(xù)污泥管理方法。
2 污泥處置國外發(fā)展目標(biāo)及動態(tài)
污泥處理與處置的目的主要有以下四個(gè)方面：（１）減少污泥最終處置前的體積，以降低污泥處理及最終處置的費(fèi)用；（２）通過處理使污泥穩(wěn)定化，從而避免產(chǎn)生二次污染；（３）達(dá)到污泥的無害化與衛(wèi)生化；（４）在處理污泥的同時(shí)達(dá)到變害為利、綜合利用、保護(hù)環(huán)境的目的，如產(chǎn)生沼氣等。
歐美、日等發(fā)達(dá)國家廣泛采用厭氧消化處理污泥，如八十年代末應(yīng)用的濕式氧化技術(shù)處置污泥。我國城市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，在污泥處置和最終出路方面尚屬試驗(yàn)研究階段。經(jīng)過20年的演變，污泥處置方式已經(jīng)由原來的簡單處置轉(zhuǎn)化為回用。由于城市污泥的營養(yǎng)和土壤調(diào)節(jié)價(jià)值，使得一些可持續(xù)的污泥土地利用成為優(yōu)選的污泥處置方法，F(xiàn)在污泥已然成為世界各地的農(nóng)民積極地尋找的東西。
3 武漢市城市污泥處理處置技術(shù)路線
合理的處理處置技術(shù)路線，主要從環(huán)境安全、資源投入、資源產(chǎn)出和收益影響比等4個(gè)方面綜合考慮，兼顧環(huán)境生態(tài)、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益之間的平衡。武漢市的地理環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展現(xiàn)狀是：人口密度大、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、土地資源相對緊張、能源緊缺、水源豐富、污水量大、濃度偏低等特點(diǎn)。因此在污泥處理處置方式上應(yīng)努力探索多種技術(shù)路線。
3.1 污泥消化
污泥消化工藝主要分為二元消化[4]工藝和兩相厭氧消化工藝兩類。二元消化工藝即在第一級采用好氧消化，靠氧化產(chǎn)生的熱量使體系溫度大于50℃，然后進(jìn)入第二級中溫厭氧消化。兩相厭氧消化工藝，即第一級和第二級分別采用中溫和高溫兩相厭氧工藝組合。武漢市三金潭污水處理廠目前正在建厭氧消化池，該廠將是武漢市近期第一座也是唯一一座擁有污泥消化池的污水廠。通過好氧或厭氧生物反應(yīng)，污泥消化可破壞污泥中30%~60% 的揮發(fā)性固體，或使其干重減少率達(dá)到近20%~40%。
3.2 堆肥
混合堆肥是一種由細(xì)菌和真菌完成的加速好氧處理工藝。混合堆肥系統(tǒng)共有三種，其區(qū)別在于充氧方式的不同。條垛式堆肥系統(tǒng)與強(qiáng)制靜態(tài)通風(fēng)垛系統(tǒng)類似，區(qū)別在于條垛式堆肥是處于55°C或以上溫度條件下在28天的周期內(nèi)將其通風(fēng)條件機(jī)械式地轉(zhuǎn)換5次。此系統(tǒng)包括整體攪拌、通風(fēng)和惡臭控制等內(nèi)容，相比其他兩種系統(tǒng)其惡臭問題較輕；旌隙逊室矊俑邷靥幚砉に嚕欢逊使に囈桩a(chǎn)生惡臭，特別是初沉污泥堆肥。此外該工藝對垛中水份含量敏感，必須維持好氧條件以及50%至60%的水分含量以避免惡臭問題發(fā)生。自2002年以來，北京一個(gè)污泥堆肥設(shè)施開始運(yùn)行，處理大約其污水處理廠生產(chǎn)的25%的污泥。它采用條垛式流程，由北京城市排水公司和中國機(jī)械科學(xué)研究院等單位組建的項(xiàng)目公司運(yùn)行。成品免費(fèi)使用于園林和農(nóng)業(yè)，然而，農(nóng)民拒絕使用。設(shè)施周邊的居民對其臭味和蒼蠅進(jìn)行了投訴。北京正計(jì)劃再建2到3座堆肥設(shè)施。
3.3 污泥干化
熱干燥是一種有效的生物固體管理方法。干燥的污泥可以作為低品質(zhì)煤或作為土地利用的肥料產(chǎn)品使用。在美國一些地方，。如密爾沃基污泥干化已經(jīng)使用了很多年，從1925年起該地已開始用污水污泥制造活性污泥肥料。通過使用污泥干燥機(jī)，這種方法在美國和歐洲變得很受歡迎。有幾種類型的干燥機(jī)，包括帶式、流化床、轉(zhuǎn)鼓和太陽能干燥機(jī)。太陽能干燥機(jī)是一種被動的過程，干化能源依賴于陽光的輻射。其他的干化方法通常需要加熱、篩分或分級設(shè)備，以及水蒸氣和污泥細(xì)粉料的尾氣處理設(shè)備。
3.4 焚燒
焚燒工藝是一種高成本/高技術(shù)含量的處理方案。目前除非是構(gòu)建服務(wù)多家水污染控制廠的大型或集中式的焚燒設(shè)施，否則很難達(dá)到成本高效。由于涉及泄漏和空氣質(zhì)量問題，公眾不太愿意接受這種方式。在美國和歐盟，申請建設(shè)新的焚燒設(shè)施很難得到批復(fù)。為減少燃料消耗和運(yùn)行成本，焚燒工藝應(yīng)在自熱條件下完成，因此需要泥餅含水率在75%以下。在某些發(fā)電廠和水泥廠，污泥和燃料一同焚燒。焚燒工藝通常不視作可持續(xù)性的處理方式，但它在綜合污泥管理計(jì)劃中卻有一席之地，特別是對于受工業(yè)影響的污泥。焚燒工藝僅是一種減少污泥數(shù)量的方式；它是一種不完全的破壞和處置方式，因?yàn)?0%的污泥以灰燼的形式殘留下來。由于灰燼中的重金屬，灰燼通常被定義為有害廢物，需要在適合處置有害廢物的地方進(jìn)行安全填埋。然而，灰燼也有用武之地，例如石建筑材料或路基材料，污泥可作為生產(chǎn)水泥的燃料，并最終成為水泥產(chǎn)品中的一個(gè)組成部分。
3.5 衛(wèi)生填埋
衛(wèi)生填埋曾經(jīng)是得到最廣泛運(yùn)用、成本最低的處置方式。然而，由于受污染問題、可循環(huán)使用材料喪失、衛(wèi)生填埋處理能力下降等因素影響，目前這種方式已視作不可持續(xù)性處置方式。許多國家已限制污水處理廠污泥采用衛(wèi)生填埋處置方式。
4 市各污水處理處理廠污泥泥質(zhì)評價(jià)
4.1 污泥有機(jī)物質(zhì)含量和營養(yǎng)成分
污泥有機(jī)物含量對污泥處理和處置有很重要的決定意義。莫開伯（Mocobe），埃肯弗爾德(Echenfelder)研究證明，污泥的可消化程度與污泥中有機(jī)物含量呈正比關(guān)系，我國城市污水處理廠污泥組份以碳水化合物為主（約占50％以上）。一般中溫消化每立方米污泥（97％含水率）產(chǎn)沼氣約7m3左右，國外如日本10m3/m3.泥,0.7～0.8m3氣/kgvss，兩相消化0.9～1.1m3/kgvss。所以以單方污泥產(chǎn)氣量作比較是不科學(xué)的，它隱去了有機(jī)物分解率的決定性的效果。污水污泥施用于農(nóng)田的土地利用之所以受到人們的密切關(guān)注和重視，除了污泥中含有大量有機(jī)物成份外，更重要的是污泥中含有比較豐富的氮、磷、鉀等元素。美國16個(gè)城市下水污泥泥質(zhì)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，氮占2.88%，磷占1.61%，鉀占1.22%。各污水廠污水污泥氮、磷、鉀營養(yǎng)成份均比農(nóng)家肥高。
4.2 污泥中的重金屬和有毒物質(zhì)
評價(jià)污泥中的重金屬和有毒物質(zhì)，主要鑒于污泥的土地利用問題，各個(gè)國家均制定了農(nóng)用污泥的標(biāo)準(zhǔn)和施肥作業(yè)的規(guī)定。我國農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)值（GB4284－84）中共列出11項(xiàng)指標(biāo)，歐美等國家和武漢地方標(biāo)準(zhǔn)均給出Zn、Cu等8項(xiàng)控制值。
4.3 污泥的熱值
對污泥的后處置和綜合利用，除了注意到污泥中的有機(jī)物含量及有毒有害重金屬之外，污泥中也含有一定的熱值。當(dāng)考慮污泥焚燒處置時(shí)，可以作為參考。
5 綜合效益評估
（１）污泥堆肥是污泥穩(wěn)定化、無害化處理重要方法，經(jīng)高溫堆肥后污泥，不僅消除了污泥惡臭對環(huán)境的污染，同時(shí)殺滅致致病菌、蟲卵，還可顯著降解有毒有害物質(zhì)，消除二次污染，對保護(hù)環(huán)境具有明顯的社會效益和環(huán)境效益。
（２）堆肥產(chǎn)品含有多種植物生長促進(jìn)劑，有機(jī)腐殖質(zhì)含量占一半以上，是一種品質(zhì)優(yōu)良的有機(jī)復(fù)合肥或生產(chǎn)有機(jī)菌肥，精加工產(chǎn)品預(yù)計(jì)越來越有廣泛的市場，可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。
（３）污泥簡易干燥處置后進(jìn)行衛(wèi)生填埋或進(jìn)一步干燥用于填地前者造田，后者可作用工程建設(shè)用地有較好的社會環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。
（４）預(yù)計(jì)高溫堆肥工藝粗有機(jī)復(fù)合肥生產(chǎn)成本300元／t左右，市場價(jià)格500元／t左右，精加工有機(jī)復(fù)合肥生產(chǎn)成本約500元／t，市場價(jià)格800元／t左右可以接受。
作為武漢市概念性污泥管理戰(zhàn)略計(jì)劃，本研究建議以下內(nèi)容：
（１）進(jìn)一步加強(qiáng)采樣和污泥質(zhì)量的監(jiān)測，以確定污泥是否達(dá)到國家或省級土地利用污泥標(biāo)準(zhǔn)。
（２）監(jiān)測和加強(qiáng)污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（CJ 3082-1999）的執(zhí)行，有助于生產(chǎn)符合土地利用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的污泥。建議將鉬和鎳含量也加入此標(biāo)準(zhǔn)。
（３）推薦三階段計(jì)劃，短期、中期和長期計(jì)劃，最終引向土地利用。
（４）設(shè)施規(guī)劃過程中必須選擇最具成本效益的污泥干化工藝，要對所有可能影響成本的場地限制進(jìn)行考慮。
（５）開展土地利用和堆肥的調(diào)查和實(shí)證研究以證實(shí)這些方法安全性。從上述研究中獲取的信息用來編制法規(guī)和運(yùn)行指南，并開展社會公眾相關(guān)教育。
（６）建議武漢市污泥的首選處置方案是堆肥、泥餅的土地利用以及干燥。這也要取決于進(jìn)一步的污泥質(zhì)量監(jiān)測和采樣的分析結(jié)果以及土地利用的調(diào)查和實(shí)證研究。這將為武漢市的污泥提供一個(gè)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的長期出路，也將為農(nóng)民提供低價(jià)肥料。處置的第二方法是衛(wèi)生填埋以及與城市固體廢物進(jìn)行混合焚燒。
（７）估算顯示土地利用和堆肥是最具成本效益的污泥處置方案，在調(diào)查和實(shí)證研究基礎(chǔ)上實(shí)施這些方案。對短、中和長期計(jì)劃進(jìn)行資金和運(yùn)行維護(hù)成本估算，短期計(jì)劃（污泥干化）的資金成本約為4億元人民幣，其年運(yùn)行維護(hù)成本約0.85億人民幣。中期計(jì)劃消化池的總資金成本約4億元人民幣，其年運(yùn)行維護(hù)成本約0.09億元人民幣。中期計(jì)劃中污泥消化和干化的總運(yùn)行維護(hù)成本是0.9億元。
（８）建議污泥管理計(jì)劃中包含焚燒和衛(wèi)生填埋的處置方法，可以處置低質(zhì)污泥，也可處置土地利用中斷時(shí)產(chǎn)生的污泥。
（９）若試驗(yàn)成功，建議武漢市的長期污泥管理規(guī)劃考慮玻璃化和熱液工藝。
參考文獻(xiàn)
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