1 中小城市污水廠污泥處理的現(xiàn)狀 目前,中小城市污水廠由于規(guī)模小,比較分散的特點,污泥日產(chǎn)量幾個立方或十幾個立方,污泥不便于集中處理。處理與處置方式主要有:污泥填埋、農(nóng)用、建筑材料利用、、污泥焚燒等。
1.1污泥填埋
污泥消化后經(jīng)脫水再進行填埋是目前國內(nèi)許多污水處理廠中常采取的方式,經(jīng)過消化后的污泥有機物含量減少,性能穩(wěn)定,總體積減少,脫水后作填埋處置是一種比較經(jīng)濟的處理方式。污泥填埋處理成本低、不需高度脫水或自然干化、既處理了污泥又增加了城市的建設用地。 中小城市污泥填埋主要是外運到城市垃圾填埋場。垃圾填埋的滲濾液屬高濃度有機污水,必須集中加以處理;填坑需鋪設防滲透性能好的材料,衛(wèi)生填埋場應配設高滲濾液收集裝置及凈化設施,防止污泥中的各種有毒、有害物質,經(jīng)雨水的浸蝕和滲漏污染地下水及土壤。填埋場四周應設圍欄,并采取相應的防蚊蠅、防鼠措施,未經(jīng)干燥焚燒處理的污泥,宜小規(guī)模分層填埋,生污泥泥層厚度應<0.5m,消化污泥泥層厚度應不大于3m,泥層上面鋪砂土層為0.5m,彼此交替進行填埋,并設置通氣裝置,污泥焚燒灰渣填埋時,可不分層填埋[13]。填埋不僅要占用大量土地,而且由于污泥中含有一定的有毒物質,填埋不當或者由于填埋地質條件等因素,將造成滲濾液的滲出而污染地下水層,影響給水水質。因此,采用填埋需要考慮多方面因素,合理規(guī)劃。
1.2污泥農(nóng)用 污泥脫水后堆肥農(nóng)用是目前國內(nèi)一些污水處理廠正在進行研究和開發(fā)的課題。污泥中含有豐富的有機物和N、P、K等營養(yǎng)元素及植物所必須的各種微量元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等,能夠改善土壤結構,增加土壤肥力,促進作物的生長。實踐證明,用污泥作為肥料使用,土壤的持水能力、毛細血管孔隙和離子交換能力均可提高3-23%,有機質增加35-40%,總氮含量增加70%,團粒增加25-60%。此外,污泥還能夠改變土壤的生物學性狀,使土壤中微生物總量及放線菌所占比例增加,土壤的代謝強度提高[7]。且堆肥過程中不需要其他能源和人工管理,投資及運行費用低,操作管理方便,很適用中小型污水處理廠。 污泥的肥料化利用是一種積極、有效且安全的污泥處理方式。幾十年來各國普遍采用, 特別是美國近年來在污泥與工業(yè)廢料生物堆肥技術上取得了進展。我國各地區(qū)的污水處理廠和科研部門也在污泥的處理、處置和利用方面進行了大量的研究工作,并取得了可喜的成果, 污泥的土地利用已得到普遍的認同。 在應用實踐中,因污泥中含有病菌、寄生蟲、病原體及重金屬等對農(nóng)作物不利的因素, 因此污泥用做農(nóng)肥要注意污泥中重金屬會造成土壤污染,其次污泥中的病原體會對環(huán)境造成影響,再次防止污泥中的高濃度 N、P對地下水造成污染[8]。
1.3建筑材料利用 近年來,伴隨我國經(jīng)濟高速增長帶來的建筑、房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,面臨著國家保護耕地,限制開采黏土與使用大量建材的矛盾之間,利用污泥生產(chǎn)建材料,不僅可以減少污泥填埋所占用的土地,減少自然資源消耗,而且可以使資源得到循環(huán)利用。既解決了污泥的出路,又解決建材面臨的需求,有利于國家的可持續(xù)發(fā)展。 污泥可用于制磚、制纖維板材、制熔融材料、制陶粒等。
(1)污泥制磚的方法有兩種。一種是用干化污泥直接制磚, 另一種是用污泥灰渣制磚。用干化污泥直接制磚時,應對污泥的成分作適當調(diào)整,使其成分與制磚粘土的化學成分相當。當污泥與粘土按重量比1:10配料時,污泥磚可達普通紅磚的強度。利用污泥焚燒灰渣制磚時,灰渣的化學成分與制磚粘土的化學成分是比較接近的,制坯時只需添加適量粘土與硅砂。比較適宜的配料重量比為灰渣:粘土:硅砂=100:50:(15-20)。有報導昆明工貿(mào)有限公司于2000年投資1200萬元,引進國內(nèi)先進技術,研究生產(chǎn)出優(yōu)質的人造空心磚。這種輕型磚與傳統(tǒng)的粘土實心磚相比,具有輕質、高強度、保溫隔熱、抗震等功能。在該產(chǎn)品材料中,活性污泥占30-40%,用這種陶?招拇u代替普通粘土燒結的實心磚,既可節(jié)約土地,又節(jié)約能源及鋼材,降低污染,提高綜合效益。
(2)污泥制生化纖維板,主要是利用活性污泥中所含粗蛋白(有機物)與球蛋白(酶)能溶解于水及稀酸、稀堿、中性鹽的水溶液這一性質,在堿性條件下加熱、干燥、加壓后,發(fā)生蛋白質的變性作用,從而制成活性污泥樹脂(又稱蛋白膠),使之與漂白、脫脂處理的廢纖維壓制成板材,其品質優(yōu)于國家三級硬質纖維板的標準。
(3)污泥熔融制得的熔融材料可以做路基、路面、混凝土骨料及地下管道的襯墊材料。利用有害的城市垃圾焚灰和污泥制成有用的建筑材料——生態(tài)水泥,不僅有效地利用了再生資源,而且對環(huán)境保護來說無疑是一大貢獻。生態(tài)水泥混凝土的流動性好、凝結時間短、析水率小,這些性能均有利于混凝土的施工作業(yè)。
(4)污泥制陶粒是具有發(fā)展前景的新型建材,1994年,美國威斯康辛(Wisconsin)公司建成世界上第一家利用城市污泥為主原料生產(chǎn)陶粒的工廠,年產(chǎn)量約10萬m3。由于產(chǎn)品質量好,得到政府和污水處理廠補貼,企業(yè)經(jīng)濟效益和社會綜合效益均為良好。到2002年底,美國已建成同類工廠6家,歐洲和日本也正在建設利用污泥生產(chǎn)陶粒的工廠。我國經(jīng)過多年引進、消化和自主研發(fā),已具備了成熟的陶粒生產(chǎn)技術和設備制造能力。污泥制成的陶粒具有輕質、高強、隔熱、保溫、耐久等特性,節(jié)能效果顯著,用途廣泛。陶?芍苯邮褂没蛴糜谥谱魈樟V破罚坏诨剞D窯焙燒過程中產(chǎn)生的氯化二苯并二噁英(PCDD)和氯化二苯并呋喃(PCDF),這些物質毒性極大,可致癌,控制PCDD、PCDF的排放的較經(jīng)濟、有效的方法還正在研究中[14]。
1.4污泥焚燒 污泥焚燒的處理法是最徹底、最大程度的減容方法,一是脫水直接焚燒,另一類是脫水、干化再焚燒。污泥中含有大量的有機物和一定量的纖維木質素,具有一定的熱值。焚燒法產(chǎn)生的剩余物最少,無異味,可迅速和較大程度的使污泥達到減量化,不需作滅菌處理,干污泥顆?勺靼l(fā)電廠燃料的摻合料,燃燒灰可作水泥的添加劑,污泥陶粒等可作建筑材料。污泥通過干餾,可提取焦油,燃料油等,也可制造四氯化碳、有機玻璃樹脂、甲醛等化工產(chǎn)品。污泥中合有一定量的有機成分,經(jīng)脫水干燥的污泥可用焚燒處理。在日本,該方法已占污泥處理總量的60%以上、歐盟也在10%以上[15]。為防止焚燒過程中產(chǎn)生二噁英等有毒氣體,焚燒溫度應高于850℃。污泥焚燒所產(chǎn)生的焚燒灰具有吸水性、凝固性,因而可用于改良土壤、筑路等,也可作為磚瓦和陶瓷等的原料,另外,污泥灰也可以作為混凝土混料的細填料。將污泥轉變成一種顆粒狀燃料,可以很好燃燒,其熱值和褐煤相當,燃燒釋放的有害氣體遠低于焚燒過程,其殘余物可用于建筑工業(yè)。 污泥焚燒還可以從廢氣中獲得剩余能量,用來發(fā)電。在脫水污泥中加入引燃劑、催化劑、疏松劑和固硫劑等添加劑制成合成燃料,該合成燃料可用于工業(yè)和生活鍋妒, 燃燒穩(wěn)定, 熱工測試和環(huán)保測試良好,是污泥有效利用的一種理想途徑。 但污泥焚燒一次性投資大,運行費用高,成本高,管理水平和設備維修要求高,焚燒的煙塵如果直接排放,污泥中的重金屬物質會隨著煙塵擴散而污染空氣。如焚燒來源于主要處理工業(yè)污水形成的污泥,經(jīng)焚燒排放到環(huán)境中造成二噁英的污染。從環(huán)境保護和循環(huán)經(jīng)濟的角度出發(fā),污泥焚燒將不被提倡。