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中国城市污水污泥处理处置问题探讨
 
摘要:本文分析了城市污水处理中城市污泥处理、处置相关定义问题、污水处理与污泥处理的关系以及污泥的土地利用问题等。

关键词:污水处理 污泥 氧化沟

1 前言

根据建设部《2003年城市建设统计年报》统计,全国已建成各级城市污水处理厂612座,处理量达到96亿m3/a,处理率到达27.4%。但是污水处理过程中产生的主要副产物污泥也随之逐年增加,这些污泥的处理、处置问题基本没有妥善解决,其环境污染问题日益突出。按污水处理厂总的污水处理量估算,2003年我国大约有960万t/a湿污饼产生(含水率为80%),约190万t/a干污泥。如果把其他污水处理设施产生的污泥量计算在内,全国每年产生的湿污泥量为1480万t/a(含水率为80%),产生的干污泥296万t/a。如果中国城镇污水全部得到处理,污泥的产量将达到2000万t/a。

据调查上海、北京、深圳等大城市每天都有千吨左右的湿污泥产生。北京2003年产生1479t/d湿污泥(含水率80%),每天产生干污泥296t/d。上海市每年产生的污泥量,如果按含水率为80%计算,总量为129万t/年(含固率80%),这还不包括自来水厂和下水道通沟污泥等。而其他省份,如山东省截至到2004年底已建成60多座城市污水处理厂,削减了大量污染负荷,但湿污泥产量巨大。2003年山东省污水处理厂污泥产生量为26.8万t/a,其中处置量为20.8万t(主要为填埋),占77.6%,综合利用量3.3万t占12.3%,排放量2.7万t,占10.1%。

在污水处理过程中,50%的有污染物都转移到了污泥当中。污泥问题却没有得到很好解决,在很大程度上影响了水污染控制的成效。能否解决好污泥处理处置问题,避免二次污染,是水环境治理成功与否的关键因素之一。城市污水处理厂的污泥得不到及时有效的处理处置,直接外运、直接农用或任意堆放和不规范的填埋都将使污泥成为新的环境污染源。可想而知,如此多的污泥如果肆意处置,将从空气、地下水、食物链三方面威胁着人类生活。没有妥善处理处置的污泥给城市造成环境压力和经济负担是巨大的,污泥如何安全合理的消纳已成为城市基础设施建设中亟待解决的问题。

2 城市污泥处理、处置相关定义问题

讨论污泥处理处置问题,应首先澄清有关污泥处理处置的术语和定义。从本质上讲污泥一词也不是一个科学的定义,自然界中污泥的产生是与水体中固体物的沉积有关,所以一般称为淤泥。从这个意义上讲污泥是由可沉淀的颗粒物所构成,因此只有沉淀下来的才成为污泥。在科学界对污泥的定义也是不同的,比如在化学上和工程上对水中污染物类型的定义是不同的。化学家对水中有机物形态的定义是根据颗粒尺寸:溶解性(<0.001μm)、胶体(0.001-1.0μm),超胶体(1-100μm)和可沉(>100μm);工程上是通过可采用的分离方法来定义无机物的形态。例如用一定孔径的滤纸(如1-4μm)或滤器过滤污水,来确定溶解性和悬浮物(污泥)浓度。因此,从工程操作上讲污泥是大于过滤器孔径(如1-4μm)的颗粒物质,这包括化学家定义的部分超胶体和可沉物。

同样,我国目前对污泥处理和污泥处置还没有准确的解释,造成概念不清。处理、处置概念的混乱,导致污泥处理、污泥处置目标不明,进而影响到管理、技术路线选取和技术标准的制定。这两个概念的混乱首先是表现在对污水处理、污泥处理和污泥处置的内涵不清,导致管理部门认为目前污水处理包括污泥处理和处置。其次,污泥处理和处置的界限以污水处理厂厂界为准,厂内为污泥处理,厂外为污泥处置。这导致了责任主体的不清。笔者认为根据新颁布的固体废弃物法,污泥处理处置的主体责任十分明确为污水处理厂。而根据科学性原则定义以下的概念。

污泥处理:城市污水处理厂在污水处理单元操作过程中产生的污泥通过减容化、减量化、稳定化以及无害化的全过程称为污泥处理。污泥处理主要包括污泥浓缩、脱水、消化(厌氧消化和好氧消化)、堆肥、干化等。

上述定义中污泥减容是通过降低污泥的含水率来减小污泥的体积,而污泥中生物固体量几乎没有改变的过程。减容主要包括浓缩、脱水和干化。污泥减容的概念容易与污泥减量相混淆,污泥减量一般包括污泥减容和污泥减量。污泥减量是指采用源头和工艺等适当的控制方法,使污泥产量减少的过程。而污泥污泥稳定化过程也会使污泥减量,但是,污泥稳定主要是针对污泥中有机质而言,主要通过物理、化学或生化反应,使污泥中的有机物发生分解或降解为矿化程度较高的无机化合物的过程。稳定方法包括碱(石灰)稳定、厌氧消化、好氧消化、堆肥、化学稳定和热稳定等。

一般非专业人士认为污泥无害化是污泥安全处置过程,事实上在专业定义上污泥无害化是通过化学氧化、高温分解等杀灭污泥中病原体和蠕虫卵等的过程。而污泥处置的定义应该为:为经处理后的污泥或污泥产品以自然或人工方式使污泥能够达到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式。污泥处置主要包括土地利用、污泥农用、填埋和焚烧以及综合利用(建材利用)等。

3 污水处理与污泥处理的关系

3.1污水处理工艺和污泥处理的关系

污水处理部分投资和污泥处理工艺不同,对后续污泥处理处置工艺要求不同。按污泥产生和处理方法不同,可分为如下三种:

⑴带预处理的污水处理工艺,如传统活性污泥法、AB法、水解、化学强化一级处理等。其污泥产量包括两部分,预处理部分污泥量和好氧后处理污泥量。

⑵不带预处理的工艺,如延时曝气、氧化沟、SB等。一般为带有污泥稳定功能的延时曝气传统活性污泥法(包括氧化沟、SBR等)和带有硝化功能的活性污泥工艺。

⑶带污泥处理(稳定化)工艺,如厌氧消化、好氧消化、堆肥等。

通过以上分析可知低负荷的延时曝气池的池容和设备是中、高负荷活性污泥工艺的几倍,所以相应的投资要高数倍;其次,延时曝气对污泥是采用好氧稳定的方法,其能耗比中、高负荷活性污泥要高40~50%左右。但是,采用高效(高负荷)、低耗污水处理工艺的关键之一是解决城市污水处理厂污泥处理问题。可以讲,今后中国城市污水工艺的进步在很大程度上取决于污泥处理和利用技术的进步。

2004年底,对我国各省市污水处理厂开展了调查,在调查的573 个污水处理厂中,采用的污水处理工艺具体见图1。调查发现,我国大多数污水处理厂都采用活性污泥法处理污水,氧化沟工艺占24.76%,SBR占9.05%,而29.05%的活性污泥法中,由于所获得资料没有详细说明,所以其中很可能有一部分是氧化沟或SBR法。

事实上,采用的是低负荷处理工艺,其池容和设备是中、高负荷工艺的几倍,因此在建筑材料和土地资源上是高消耗的,相应的投资要高数倍;其次,国外采用延时曝气系统是以耗能的方式取得污泥的稳定工艺,延时曝气系统能耗比中、高负荷活性污泥要高40~50%左右。我国能源日益短缺,高能耗的方式是对不可再生的化石能源消耗为代价;同时,能耗增加会带来了直接运行费的增加,能耗增加也会还要增加间接污染和投资。我国主要的能源来自燃煤,这会造成严重的大气污染问题。据资料报道处理能力为1万t的低负荷污水处理厂,比中、高负荷装机容量增加部分的电厂间接投资是污水处理投资的50%以上。

总之对我国这样一个资源不足、能源日益短缺、经济不发达、人口众多的发展中国家从可持续发展角度讲,采用延时曝气这种高资源占用和能源消耗的低负荷工艺,并以耗能的方式取得污泥的稳定工艺是不符合可持续发展的基本原则,也是不适合中国国情的。我国应该开发经济效益好、资源消耗低、环境污染少的城市污水处理技术。但是,在中国仅有的十几座污泥消化池中能够正常运行的为数不多,有些池子根本就没有运行,这也是导致中国近年大量采用带有延时曝气功能的氧化沟等技术的原因。

3.2污泥处理和处置的关系

大部分的污水处理厂污泥处理的不到位在很大程度厂影响了污泥的最终处置。通过调查污水处理厂采用的污泥处置方法见图2。从图2可以看出,中国大约有63%的污泥进行土地填埋。污泥堆肥农用约占13.5%,污泥自然干化综合利用占5.4%,污泥焚烧约占1.8%。而污泥露天堆放和外运各占1.8%和14.4%。在14.42%外运的污水处理厂中都没有交待污泥外运后的去向,可想而知如果这部污泥没有妥善处置,对环境的危害是不言而喻的。

从上述的分析不难发现,在中国目前污泥主要的处置方法是土地填埋,其次是污泥土地利用。污泥填埋在中国占了相当大的比例,但是由于填埋场大多为露天,经过雨水淋滤后,对填埋场地的安全构成严重的危害。处理不到位的污泥还造成填埋场渗滤系统的严重堵塞,严重污染附近的地下水。尤其是污泥和垃圾混合填埋时,使得不少垃圾填埋场的寿命大大缩短,给城市垃圾处置带来很大的麻烦。以重庆三峡库区污水处理厂产生的污泥,而且在处置前,大部分污泥含水率过高(大部分为80%),污泥无法压实,并且污泥进入填埋场会造成渗滤系统的堵塞。三峡库区内的垃圾填埋场也强烈表示不愿接受污水处理厂的污泥,成千上万吨没法处理处置的污泥成为三峡库区水环境安全的极大污染源,直接影响三峡库区污水的有效治理,污泥问题成三峡库区必须解决的问题。

污泥处理和污泥处置的关系是紧密相关的。污泥处理的效果直接影响污泥的最终处置。考虑污泥处理和处置问题时,污水处理工艺与污泥处理和最终处置方式有关:

1)如果污水处理厂污泥采用消化处理,则污水处理工艺不宜采用低负荷污泥已经稳定的处理工艺;

2)如果污水处理厂污泥进行填埋,由于对填埋场或垃圾填埋场的有机物成分有一定的限制性要求,所以污水处理厂不宜采用污泥产量较多的高负荷污水处理工艺;

3)如果污水处理厂污泥进行焚烧,需要利用污泥中的热值,则污水处理厂不宜采用低负荷对污泥进行稳定化的污水处理工艺。

4、土地利用问题

我国污泥目前主要的出路是直接或间接的农用,污泥中含有丰富的氮、磷等营养元素以及植物生长所必需的各种微量元素,具有作为作物生长肥料的可能性。但是,在我国由于没有系统、科学的管理办法和农用控制标准,使得污泥中有效成分不能被充分有效地利用,在很多地区污泥反而成为了污染源。过去我国有多个农业污灌区,过去几十年间常年利用污水进行农业灌溉,同时使用未经处理的污泥作为农肥,产生了严重的环境问题。污灌区有些村庄甚至十几年都没有年轻人能够通过义务兵的体检。直到现在当地蔬菜、水果等农产品的品质持续下降,农民甚至不敢吃自己种的农产品。长期的污水灌溉历史和经验教训表明,污泥不能得到安全、有控制的利用,很可能会重蹈污水农业灌溉的覆辙,破坏农业环境。同时污泥会在一定程度上加速农作物病虫害的传播,影响农产品的品质,降低了农产品的产量。

在土地利用方面,其安全性正在受到人们重视,要求建立我国的污泥管理体系和标准体系。系统、科学的管理和控制农用标准,加强污泥土地利用中政府管理、监督和控制职能。因此,首先必须明确城市污水处理厂是城市污水污泥处理和处置的责任人,须对污泥的产生、处理和安全处置全过程负责,城市污水处理厂以合同方式对污泥的运输、处理处置进行委托从而产生责任转移时,由受委托方负责相应的责任,但是,城市污水处理厂需保证污泥处理费用。当污泥农用时,由于农民处于弱势,其在信息获取、检测手段和监控措施等等方面都处于,为了保障农民利益,需要要求城市污水处理厂仍需对污泥全过程负责。为了保证土地利用和农用安全性。需要考虑如下要求:

1、在对污泥进行土地利用时,必须注意对水源地的保护,禁止在水源保护地一级区内以任何形式施用污泥。防止污泥造成的面源污染和地下水污染。农业、林业和环境保护等部门须根据农用污泥中污染物控制标准选取适当的监测项目对污泥和施用污泥的土壤、地下水和作物进行长期定点监测。

2、经处理后的污泥或污泥产品进行农用时,必须进行场地评价,提出土壤本底、容量和污泥施用率确保污泥安全利用的具体要求,并经相关环保部门审批通过后方可执行。将农用作为污泥的处置方式时,污泥产生单位须和污泥施用者签订相关合同,为保护农民利用和食品安全,合同中须明确污泥农用产生的短期或长期负面影响全部由污泥产生方负责。

3、污泥农用时,相关主管部门应根据土地承受能力,植物的敏感程度,食物链风险,作物需肥量(主要是氮、磷)等因素,即要保证施用的污泥不污染环境,又要充分利用污泥的营养成分,以使其不超过土地的承载能力污染环境。严格规范管理,定向监督污泥施用的数量和频率,严密监视土壤中重金属等有害物质的积累和氮的转化情况。 4、农业利用应控制使用,同时整个利用区应该建立严密的使用、管理、监测和监控体系。定期对区域内的土壤、地下水、地表水、作物等等相关因子进行监测,并根据发生的变化做出相应的调整,使得污泥的农用更加安全有效,促进农业的可持续发展。

5 结束语

对于我国的污泥问题,我们一方面要加大立法工作力度,通过立法加强污泥污染治理和管理,促进污水污泥治理事业的可持续发展,另一方面充分考虑污水处理工艺和污泥处理处置的关系,审慎选择污泥处理和处置工艺和方法,使污泥治理走上健康发展的道路。总而言之,我国的污泥到了不得不重视的程度,大量的污泥如果没有得到合理处置,生存空间将被大量的污泥所占据,生存环境将逐年恶化。所以,需要制定污泥处理处置技术政策,引导并规范我国污泥处理处置技术,为相关部门提供安全处置污泥的依据,逐步解决我国污泥污染问题。此外,我国各级政府也应高度重视,相关部门应该密切配合,充分调动社会各方面的力量,加强政策引导,产业扶持,技术上创新,管理上科学,走一条适合我国国情的污泥处理处置道路。

资料整理:廊坊盛源化工有限责任公司 www.lfsychem.com.cn
整理者:赵志清

[您是第1204位访问者]  2010-08-30
 
 
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