城市污泥资源化利用研究

1“污染防治生态学原理”课程读书报告报告题目：城市污泥资源优化再利用研究姓名：武玉萍专业年级：市政工程2012级成绩：2013年6月2城市污泥资源优化再利用研究摘要：随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的脱水污泥产量也急剧增加。城市污泥既是污染物又是一种资源，污泥的处理、处置与资源化利用相结合才是其最好的出路。关键字：城市污泥，污泥处置，再利用，污泥资源化1.概述城市污水处理过程中产生的污泥是一种具有含水率高、热值高、含有丰富有机物及营养物的潜在优质“二次资源”。但城市污泥也富集了大量的重金属离子及少量病原微生物、寄生虫卵等有害固体物质，若不加处理任意排放将成为危险的二次污染源，能够通过地下水、大气、地表水、土壤等介质进入食物链，不仅造成严重的生态风险并且影响人类健康。因此，在无害化、资源化的原则上寻找一种有效且经济的污泥处理手段是目前无水处理技术的重要研究方向。污泥处理技术大致可归结为两大类：一是抛弃型技术，污泥作为废物不利用；二是资源化技术，充分利用污泥中的有用成分，实现变废为宝。后者符合可持续发展的战略方针，有利于建立循环型经济，近年来得到广泛关注。污水处理厂污泥稳定化处理、安全处置和合理利用问题，已经成为我国污水处理行业发展的瓶颈。据统计，目前仅有10%的污泥通过堆肥、制肥回用到土地，少量被焚烧或用于制作建材，仍有超过75%的污泥尚需实现稳定化和安全妥善处理处置，二次污染隐患严重。尤其是污水厂污泥中含有重金属、致病菌、寄生虫卵等危害人类健康的有机物，处理不当将引起较大的环境污染。未来国家将通过技术引导、资金支持并落实各级政府责任，提高对污泥处理处置的重视程度和工作力度。将污泥处置设施作为污水处理综合系统的必要组成部分加以同步建设，消除污水处理过程中的二次污染隐患。在稳定、安全的前提下，努力提高污泥的资源化利用水平。十二五要求：1.按照“安全环保、节能省地、循环利用、经济合理”的原则，加快污泥处理处置设施建设。优先解决产生量大、污染隐患严重地区的污泥处理处置问题，率先启动经济发达、建设条件较好区域的设施建设。对非正规污泥堆放点和不达标污泥处理处置设施进行排查和环境风险评估，制定治理方案和计划。既要通过设施建设着力解决当前城镇污水处理厂污泥处理处置中的突出矛盾，又要从污水处理厂运行管理和技术改造等方面积极探索污泥源头减量。“十二五”期间，全国规划建设城镇污泥处理处置规模518万吨/年。其中，设市城市383万吨/年，县城98万吨/年，建制镇37万吨/年；东部地区288万吨/年，中部地区124万吨/年，西部地区106万吨/年。全部建成后，各省（区、3市）污泥无害化处置率均达到规划确定的目标，城镇污水处理厂污泥产生的环境隐患得到有效遏制。2.技术要求。按照城镇污水处理厂污泥处理处置技术有关要求和泥质标准选择适宜的污泥处理技术。采用多种技术处理处置污泥，尽可能回收和利用污泥中的能源和资源。鼓励将污泥经厌氧消化产沼气或好氧发酵处理后严格按国家标准进行土壤改良、园林绿化等土地利用，不具备土地利用条件的，可在污泥干化后与水泥厂、燃煤电厂等协同处置或焚烧。作为近期的过渡处理处置方式，可将污泥深度脱水和石灰稳定后进行填埋处置。2.国内外污泥处置现状据环保部预测，至2010年底，全国污泥产生量将达到3000万吨（含水率80%），从而成为我国城镇环境污染威胁源。目前我国大部分污泥多为无序堆存或简单填埋，主要处置方式是脱水后直接与生活垃圾混合填埋（31%）或农业利用（44.8%）。环保部的技术管理文件《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)》中提出了四条污泥处理的最佳可行技术：第一条是污泥消化技术，第二是污泥堆肥技术，第三是污泥土地利用技术，第四是污泥干化焚烧技术美国关于污泥处理处置技术比例的最新数据是2004年度的，数据来源于联邦、各州、各县政府和一些污水处理厂。2004年，美国产生了18万吨污泥，大约55%为土地利用，用于农艺、造林和土地改良。没有土地利用的污泥中，约28%的污泥垃圾填埋场中处置，15%的污泥采用焚烧方法处理，剩下的2%被放置在污泥储存塘或脱水池中自然干化。在美国污泥土地利用已经代替填埋成为最主要的污泥处置方式。未来填埋处置的比例还将逐渐下降。日本污泥处理处置的主要途径是减量后堆肥农用或焚烧、熔融成炉渣，制成建材，其余部分委托给民间团体处理处置。欧盟欧盟及其成员国目前均拥有较完善的污泥法规体系，法规起到了促进技术发展、规范处理处置行为、提高“废弃物”产品循环利用水平、保证处置安全的重要作用。欧盟强调以污泥的利用为主导，除以避免“废弃物”产生为目标以外，更力求使之成为“产品”再循环。英国1998年前42％的污泥最终处置出路是农用，另有30％的污泥排海，但目前欧盟己禁止污泥排海。德国目前污泥处置以脱水污泥填埋为主，部分农用，将来的趋势是污泥干化或焚烧后再利用或填埋。瑞士、荷兰、比利时规定污泥必须进行热处理（发电、制水泥、干化焚烧）；由于污泥含有污染物如重金属、有机物和药物沉积物等，禁止污泥在自然中循环利用。2009年，住建部、环保部及科技部发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置4及污染防治技术政策(试行)》，鼓励符合标准的污泥进行土地利用，提出在污泥浓缩、调理和脱水等实现污泥减量化的常规处理工艺基础上，根据污泥土地利用要求和相应的泥质标准，分别选择厌氧消化、高温好氧发酵的污泥处理技术路线。鼓励采用干化焚烧的联用方式，提高污泥的热能利用效率；鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建。3.国内外污泥处置方法概述国外大多数国家的污泥采用焚烧、填埋、投海、土地利用等实用性方法。各种方法的优缺点比较如下处置方法优点缺点卫生填埋投资少、容量大和见效快等。在人口稠密、地域狭窄的地区选址困难；填埋产生的甲烷对温室效应有更大的影响。土地利用污泥中含有的有机质和矿物元素是良好的土壤改良剂和有效性的有机肥；堆肥过程中不需要其他能源和人工管理，投资及运行费用低，,操作管理方便。减容效果不理想,占地面积大,如果重金属含量较高的污泥用于农田，则会被植物富集，并通过食物链与生物链的传递对人类产生毒害作用。污泥投海方法简单，不需花费大量资源。对海洋生态系统造成威胁。焚烧剩余物最少，可迅速使污泥减量，焚烧后污泥可制造化工产品。投资大，污泥中的重金属会造成二次污染。如美国，目前污泥土地利用已经代替填埋成为最主要的污泥处置方式，重心从处置改变到利用；欧洲的卢森堡、葡萄牙、西班牙、英国、瑞典、荷兰、比利时等大多数国家的污泥处置主要用于农业；希腊、德国、意大利等国家的污泥处置主要采用填埋；日本、奥地利等国家污泥处置主要采用焚烧。采用何种污泥处置方法，减小体积、提高干度都是污泥处理难以回避的重要环节，同时也应均衡地兼有环境生态与经济效益。从环境污染、卫生安全和经济有效等方面考虑，无论哪种处置方法都有利弊。一种有效的、适合本地具体情况的污泥处置方法应为对环境、经济、社会效益兼具的方法。我国和发达国家在技术水平及经济发展水平上尚有一定的差距，污泥的性质也与国外不尽相同，因而必须寻求适合我国具体情况的污泥处理处置方法。4.污泥资源化利用技术4.1污泥堆肥污泥中含有大量的有机质、氮、磷、钾等植物需要的养分，其含量高于常用牛羊猪粪等农家肥，可以与菜籽饼、棉籽饼等优质的有机农肥相媲美。但是污泥中往往也含有有害成分，因此在土地利用之前，必须对污泥进行稳定化、无害化处理，如好氧与厌氧消化、堆肥化等，其中堆肥化处理是较多采用的一种方法。5堆肥化是利用微生物的作用，将不稳定的有机质降解和转化成稳定的有机质，并使挥发性有机质含量降低，减少臭气；物理性状明显改善（如水含量降低，呈疏松、分散、粒状），便于贮存、运输和使用；高温堆肥还可以杀灭堆料中的病原菌、虫卵和草籽，使堆肥产品更适合作为土壤改良剂和植物营养源。我国农村利用杂草、秸秆等和禽兽粪便混合，制成有机肥料的做法已有很长的历史，但这种堆肥过程主要靠自然通风或表面扩散向堆料供氧，由于供氧不充分，不能作为大规模处理处理、生产高质量堆肥产品的手段。现代堆肥化制好氧快速堆肥过程，污泥堆肥过程的主要技术措施比较复杂，主要包括：调整堆料的含水率和适当的C/N比；选择填充料改变污泥的物理性状；建立合适的通风系统；控制适宜的温度和pH值等。典型工艺：污泥与垃圾混合堆肥工艺污泥与垃圾的混合堆肥工艺也是堆肥处理的一种方法，它充分利用污泥含水率高（70～80%），含有丰富的氮、磷、钾等农作物不可缺少的营养物质，而城市垃圾含水率低（30～40%），有机物较多的特点，按一定的比例进行混合，通过好氧高温发酵和厌氧中温发酵,杀死致病菌与寄生虫卵，并保留着植物生长土壤所需要的氮、磷、钾等营养物质的含量，形成良好的腐殖土—堆肥。污泥与垃圾的混合堆肥技术具有经济、简便、可资源化的优点。其工艺流程框图如下：污泥与垃圾堆肥法是通过机械设备对污泥与垃圾混合物料进行好氧高温发酵，再自然堆放厌氧中温发酵的一种方法，主要包括：污泥与垃圾前处理、好氧高温发酵、厌氧中温发酵、后处理等四部分。这个工艺是由中国市政工程西北设计研究院海南分院设计，在甘肃省某个污水处理厂已经正式运行，并已取得不错的应用效果。4.2污泥消化制沼气污泥厌氧消化不仅是现在，而且也是未来应用最为广泛的污泥稳定化工艺。厌氧消化较其他稳定化工艺获得广泛应用的原因是它具有如下优点：1、产生能量（甲烷），有时超过废水处理过程所需的能量；2、使最终需要处置的污泥体积减少30%-50%；3、消化完全时，可消除恶臭；4、杀死病原微生物，特别是高温消化时；5、消化污泥容易脱水，含有有机肥效成分，适用于改良土壤。6但当处理厂规模较小，污泥数量少，综合利用价值不大时，也可采用污泥好氧消化。它的主要优点是：运行操作比较方便和稳定、处理过程需排出的污泥量少。但运行费用大、能耗多。在具体工程实践中，污泥处理采用哪种工艺，厌氧消化还是好氧消化，应视具体情况而定，如污泥的数量、有无利用价值、运转管理水平的要求、运行管理与能耗、处理场地大小等。有机污泥经消化后，不仅有机污染物得到进一步的降解、稳定和利用，而且污泥数量减少（在厌氧消化中，按体积计约减少1/2左右），污泥的生物稳定性和脱水性能大为改善。这样，有利于污泥再作进一步的处置。污泥消化制沼气的基本原理：利用无氧条件下生长与污水、污泥中的厌氧菌菌群的作用，使有机物经过液化、气化而分解成稳定物质，病菌、寄生虫卵被杀死，固体达到减量化和无害化的方法，对污泥进行厌氧消化制取沼气。污泥消化过程分为两个阶段：污泥循环泵初沉污泥浓缩池均质池污泥泵热交换厌氧消化池贮泥池剩余污泥浓缩机房热水循环泵脱水机房废气排放锅炉房储气室脱硫塔泥饼外运废气排放燃烧塔图2污泥厌氧消化处理工艺流程第一阶段：酸性消化阶段。高分子有机物首先在胞外酶的作用下，水解、液化。这一过程把多糖水解成单糖，蛋白质水解成肽和氨基酸，脂肪水解成丙三醇、脂肪酸。然后渗入细胞体内，在胞内酶的作用下转化为醋酸等挥发性有机物和硫化物，其过程中常有大量的氢和少量的甲烷游离出来。第二阶段：碱性消化阶段。专性厌氧菌将消化过程第一阶段由兼性厌氧菌产生的中间产物和代谢产物分解成二氧化碳、甲烷和氨。4.3污泥燃料化技术随着污泥量的不断增加及污泥成分的变化，现有的污泥处理技术逐渐不能满足要求，例如燃烧含水率80%的污泥，每吨污泥（干基）的辅助燃料需消耗304-565L重油，能耗大；污泥填埋必须预先脱水到含水率至少小于70%，而达到这样的含水率目前的污泥脱水技术需要消耗大量的药剂，既增加了成本，也增加了污泥量；土地还原是目前污泥消纳量最大的处理方法，但很多工业废水中含有重金属和有毒有害的有机物，不能作肥料或土壤改良剂。因此寻找一种适合处理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现减量化、无害化、稳定化和资源化的污泥处理技术，是当前污泥处理技术研究开发的方向。污泥燃料化被认为是有望7取代现有的污泥处理技术最有前途的方法之一。污泥燃料化方法目前有两种，一种是污泥能量回收系统，简称HERS法（HyperionEnergySystem），第二