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城市污泥再生利用的意义及效益

发布时间:2012-1-27 10:28:55  中国污水处理工程网

一、污泥处置现状

城市生活污水处理后的污泥,一般含水率约80%,富含有机质等营养成分,又含有一定量的重金属和病毒、病原体、寄生虫卵等有害物质,污泥处置不当会造成严重的二次环境污染。目前国外污泥主要的处置方法有一下三种:

1. 土地填理

在过去,许多发达国家都采用土地填埋的方法来处理污泥,且占有很大的比例(约40%左右)。在我国,土地填埋也是主要的方法。该法的处理过程非常简单,特别适于质量较差的污泥,但需要场地和大量的运费,地基需作防渗处理以免污染地下水和散逸臭味。另外,适合充填的土地逐年减少。美国环保局估计今后20年内,美国6500个填理场将有5000个关闭,有的州已无场地可供堆放。

2. 投弃海洋

在一些靠海的国家和地区,大型的污水处理厂常直接将液态污泥排海或将脱水污泥直接投海。这是一种方便而经济的处理方法,但此法会危害海洋生态系统及人类食物链,造成全球范围内的危害。1988年美国已禁止向海洋倾倒污泥,并于1991年全面加以禁止。欧共体在1991年5月颁布《Directive Concerning Urban Wastewater Treatment》中指出:在1998年12月31日起,不得在水体中处置污泥。

3. 焚烧法

在欧美,当污泥中重金属或其它有毒物质含量高而不适用于农业利用的情况下,常采取焚烧法。污泥经焚烧后产生无菌、无臭的无机残渣,并大大减少了体积,是一种可靠而有效的污泥处置方法。污泥焚烧灰能有效地用在沥青填料和轻质基材等建筑材料,如做砖的主要原料。燃烧产生的热可以用来供电。但焚烧法设备及运行费用昂贵,易造成大气污染,仍存在有1/3左右固体重量的废弃物,以灰分的形式存留下来。

但是,以上这些处置方法均不能实现对污泥的综合利用,存在一定的社会及环境问题,不是污泥处置的最佳出路。对我国这样一个发展中国家而言,综合利用尤其是农业利用无疑是较好的选择,实现污泥的有效利用、变废为宝,使之资源化并产生经济效益,将成为污泥处置的发展方向。

二、污泥再利用的技术工艺路线

在城市生活污水水处理的污泥中,一般含水率约80%,有机质成份含量约45%~55%.利用污泥制造有机复合肥过程是将污泥经800℃~1000℃高温烘干,杀灭病菌、虫卵,保存有机厉份不受破坏且除去有害菌(进行无害化处理),接入有益菌培养,消除污泥的臭味,增加污泥中的营养元素,再添加氮、磷、钾有效成分,增加污泥中的养分含量,经造粒、低温烘干等工艺,将污泥制成具有生物活性、全营养、无公害的有机复合肥。从而为水处理后的污泥找到了很好的出路,并增加了污水处理厂和设备生产厂家的经济效益、社会效益,使污泥变废为宝,减少了环境污泥,保护了人类赖以生存的自然环境,同时又有利于生态农业的发展。

此外,可根据实际情况,在污泥高温烘干工艺前,增加污泥的晾晒或对沤工艺,高湿污泥经晾晒或堆沤工艺可降低污泥含水率,有效节约烘干能源,从而降低烘干成本;污泥也可直接进入烘干机烘干,减少晾晒或堆沤的使用场地,从而节约占地面积。

三、污泥臭味解决方案

污泥未经处理直接造肥其臭味是一个突出的问题。产生臭味的原因是因为城市污水处理厂的污泥含有部分带有臭味的物质,如硫化物、氨、腐胺类等,所以当将之加工成肥料变成商品来储存和施用时,仍会向四周散发臭味,继续污染环境。这样就大大降低了污泥肥料的商品价值,并将直接影响到肥料在市场的生存和发展,因此必须予以解决。

目前,对于这种臭味的去除方法主要有:化学方法、物理除臭法、生物除臭法。生物除臭是通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质分解转化,达到除臭的作用。前两种方法的优点是较为简捷,其缺点是除臭效果不太好,且不是增加了污泥的碱度就是增加了污泥的体积。生物除臭法的优点是:除臭效果好;经过微生物除臭还可进一步降解污泥中各种大分子元素,增加其利于植物吸收的营养成份;通过污泥除臭依靠微生物发酵产生的生物热,可使污泥进一步干燥,降低污泥烘干成本;这些具有除臭功能的微生物多是土壤中的有益微生物菌群,它有改良土壤的团粒结构、改善土壤生态环境,抵抗有害微生物的功能。缺点是:除臭所需时间较长,占地面积大。

考虑到国内许多中小型污水处理厂没有消化工序,产生的是生污泥,利用生物除臭的方法可以起到污泥消化工序的作用,所以采用生物除臭法较好。试验表明,利用有益微生物可清除污水处理厂中污泥的臭味,增加了其利于植物吸收的营养成分(如:速效有机碳的含量)。同时通过污泥除臭过程中微生物发酵产生的生物热,可使污泥得到进一步干燥,降低污泥干化成本,增加污泥肥料的市场竞争力。

四、城市污泥资源化的研究与利用

(一) 污泥的土地利用

用于土地利用的污泥通常是剩余活性污泥。污泥中丰富的有机物和N、P、K等营养元素及植物所必须的各种微量元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等能够改良土壤结构,增加土壤肥力,促进作物的生长。污泥的土地利用是一种积极的,有效而安全的污泥处理方式。在国外,污泥及其堆肥作肥源农用,已有60多年的历史,城市污泥农用比例最高的是荷兰,占55%;其次是丹麦、法国和英国,占45%;美国占25%。在我国的京、沪、津等地污泥农用也有二十几年的历史。

1. 农田上的利用

(1) 污泥农用后对土壤的改良

山西郭湄兰等人的盆栽和田间试验表明:施用污泥后,土壤中N、P、K、TOC等营养成分及田间持水量、CEC、团粒结构、土壤空隙度都相应增加,土壤结构得以明显改善。

(2) 施用污泥对作物产量和品质的影响

日本有研究表明,污泥施用对绝大多数作物都有良好的肥效作用,以叶菜类增产最多,同时可改善蔬菜因缺微量元素而引起的品质下降。污泥对种子发芽有促进作用,但对幼苗的生长却有抑制作用,抑制物为有机酸和醛等。

(3) 污泥中有毒物质的影响及控制办法

污泥农用的有毒物质主要为重金属和病原菌。前者易通过食物链而富集,研究内容包括作物各部位富集量的多少、存在形态及其富集量的影响因素;控制方法是根据有关标准(如国家土壤环境质量标准)提出施用年限、施用原则和方法。而后者则可通过消化、堆肥将其大部分消灭。

2. 林地利用

污泥用于造林或成林施肥,不会威胁人类食物链,林地处理场所又远离人口密集区,所以很安全。由于森林环境的强大影响,也由于林地、荒山往往比农田更缺乏养料,致使病原微生物的存活时间大大缩短,使过量的N、P养料得以充分利用。美国在60年代初就有过这方面的研究,且取得令人满意的效果:施用1年后,供试的树木在树高和胸径的生长上随使用量的增加而增加;地下水中硝态氮的含量虽可能超过地下水质标准,但可通过多次少量施用的方式解决。具体参见http://www.topicons.com更多相关技术文档。

3. 园林绿化的利用

干污泥和污泥堆肥用于城市绿化及观赏性植物,既脱离食物链,减少运输费用,节约化肥,又可使花卉的开花量增加,花径增大,花期延长。

4. 用于严重扰动的土地改良

垦荒地、贫瘠地等施用污泥堆肥,可改善土壤结构,促进土壤熟化。可将污泥以表施和耕层施肥(25~40cm)施于城市废弃物垃圾场后,播种牧草,以尽快覆盖地表,过2~3年后牧草长起来,再植树造林。

5. 其他利用

(1) 因污泥中含有蛋白质、维生素和痕量元素,利用净化的污泥或活性污泥加工成含蛋白质的饲料用来喂鱼,或与其它饲料混合饲养鸡等,可提高产量,但肉质稍差。

(2) 将污泥制成砖、玻璃及其他轻质材料,也存在强度差及其它问题,需寻求适当的改善办法。

(3) 向污泥中添加Ca3(PO4)2,制成复合有机肥料,在美国,已有不少工厂以污泥为原料进行堆肥化,制成颗粒肥料,并以商品在市场上出售。据悉,在我国的深圳已将污泥与畜禽粪混合出售。吴启堂等利用污泥所具有的强粘性,成功地用污泥代替白泥作复合肥的粘结剂。

(4) 科学家们已成功从活性污泥中分离出聚3-羟基丁酸及3-羟基戊酸,用于合成生物可降解塑料。

五、污泥再生利用对社会产生的效益

1. 经济效益分析

利用污泥开发制造有机复混肥,可使城市污水处理厂省去污泥的卫生填埋或焚烧费用,提高资源利用率(污泥填埋占用可耕地)。中科院生态环境研究中心的研究表明:每平方米城市污水处理厂污泥引起环境损失值为38元,这不包括其中的运输费用。保定市污水处理厂年产污泥约为2.7×104立方米,每年引起的环境损失值为103万元,若将污泥加工成活性有机复混肥,年产量为5000吨,年创利润为100多万元,因此,利用污泥开发制造有机复混肥在经济上是可行的,具有显著的经济效益。

2. 社会效益分析

目前,我国拥有已建成及在建、拟建的污水处理厂近千家,随着国家对环保要求的提高、人们环保意识的增强以及城市化进程的加快,对污泥的处理与利用成了一个迫切的需要解决的问题,污泥处理不好会造成对环境的二次污染,造成一系列的社会问题。利用污泥制造有机复合肥可使污泥化害为利,既减轻了国家对污泥处理的经济负担,又对农业生产产生积极的推动作用,发展前景广阔;同时,杜绝了污泥焚烧和填埋造成的二次污染。(谷腾水网)

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