国内外污水处理厂污泥产生

国内外污水处理厂污泥产生、处理及处置分析1国内外污泥产生量随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断增长。目前全国已建成运转的城市污水处理厂约427余座，年处理能力为113.6亿立方米[1]。根据有关预测，我国城市污水量在未来二十年还会有较大增长，2010年污水排放量将达到440×108m3／d；2020年污水排放量达到536×108m3／d[2]。污泥是污水处理后的附属品、是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥量通常占污水量的0.3%～0.5%（体积）或者约为污水处理量的1%～2%（质量），如果属于深度处理，污泥量会增加0.5～1倍。污水处理效率的提高，必然导致污泥数量的增加。目前我国污水处理量和处理率虽然不高（4.5%），但城市污水处理厂每年排放干污泥大约30万吨[3]，而且还以每年大约10%的速度增长[4]。西方发达国家由于工业化进程早，经济实力雄厚，所以污水处理技术先进，处理程度较高。但是自从1875年英国伦敦建立世界第一个污水处理厂以来，污泥处理问题便成为市政管理的重要问题之一。随着城市人口的增长、市政服务设施的不断完善、污水处理技术的不断提高，欧、美等发达国家的污泥产量每年大约以5%～10%的速度增长。影响污泥产生的因素来自多方面，污水、污泥处理技术的应用和改善以及人口增长是导致污泥质和量同步增加的主要因素，另外一些环境政策的实施，如禁止污泥陆地填埋、对填埋容量的关注、执行填埋法令后封闭填埋场、禁止填埋场填埋庭院垃圾等政策以及污泥处置费用高昂、污泥产品市场需求等地方经济发展要求也促进了污泥利用的增加。美国各州以及联邦法令，尤其是503污泥法令自1991年的实施已经部分地鼓励了污泥的循环利用而不仅仅是污泥处置。据美国环保署估计，1998年全美干污泥产量为6.9百万吨。在过去的20年，美国人口和开展市政污水处理的人口数量皆得到显著增加，而且自从1972年政府颁布水净化条例以来，污泥量得到了快速的增加。可以预计，随着人口水平的持续增加，污泥的产量还会增加，而且污泥产量的年增长速率会超过市政所能提供污水处理服务人口的增长速率。1986～1996年期间，美国只经过1级处理的污水流量减少了4％，而经过二级或更高级处理的污水流量增加了2％。假设这种趋势发展下去，根据市政所能提供污水处理服务人口的增长和污水二次处理以及污泥产量的轻微改变进行预测，到2005年美国干污泥产量将达到7.6百万吨，2010年将达到8.2百万吨。这就是说，从1998年到2010年，污泥产量将增加19％。下表是1998年以后美国污泥产量和处理状况及预测[57]。表1美国污泥产量及其预测年份1998200020052010有利利用（百万吨）（干污泥）土地利用2.83.13.43.9先进处理0.80.911.1其他有益利用0.50.50.60.7小计4.14.555.7处置（百万吨）（干污泥）地表处置/陆地填埋1.210.810焚烧1.51.61.51.5其他0.10.10.10.1小计2.87.17.68.2总计（百万吨）6.97.17.68.2出处：U.S.EPA：BiosolidsGeneration,Use,andDisposalintheUnitedStates.September19991990年欧洲干污泥产量为11.07百万吨，到1999年干污泥产量达17.46百万吨[4]。到2005年，欧洲将建立许多新污水处理厂，一些国家污泥产量将几乎增加300％，污泥管理将是一个严峻挑战，选择处理处置方法也将会具有更大的经济和环境内涵。由于城市污水处理要求的日益严格，欧洲城市污泥产量预计将增加50％。下表为欧洲国家污水处理厂污泥的处理和预测[41]。表2欧洲污水处理厂污泥的处理和预测（干泥）单位：103吨重／年年份处置比利时丹麦德国希腊法国爱尔兰卢森堡荷兰奥地利葡萄牙芬兰瑞典英国合计1992水体消纳／／／／／14／／／／／／282296循环利用171101018140245134633887／4722351填埋342584665131164177587563／1301624焚烧／40274／110／／1266／／／90592其它8／70／／3／1313／／24122合计5917522086664337932419012615024399852281995水体消纳／／／／／15／／／／／／267282循环利用221201151148977956344861206482853填埋3925857651141431925888721061141747焚烧／40411／161／／5666／／／110844其它17／93／／4／23315／1119185合计781852512667644010366190147158236115859101998水体消纳／／／／／／／／／／／／240240循环利用3312512704572259100687485／6723037填埋372574482921711085814765／1181494焚烧1150558／214／315066／／／1441196其它32／89／／1／23425／／19193合计1132002661868784313381196246150／119361602000水体消纳／／／／／／／／／／／／／0循环利用40125133466406591106810490／10143605填埋43256089071351685820960／1111379焚烧1150732／269／320066／／／3261657其它37／62／／／／23435／／19180合计13120027369698010013401196348150／147068212005水体消纳／／／／／／／／／／／／／0循环利用471251391776584911068108115／11183947填埋402550092／291685821545／1141187焚烧1450838／407／420065／／／3321910其它58／58／／／／23436／／19198合计159200278799117211314401195359160／15837242到2005年，欧洲15个成员国干污泥产量预计可能由1992年的660万吨上升到至少940万吨。欧委会希望：到2005年污泥农用比例上升73％达到污泥总产量的53％；污泥焚烧比例达到总产量的25％，比目前增加大约300％；到2005年填埋数量比目前下降24％[45～47]。2污泥对环境的影响2.1污泥有机养分及其土地利用的有效性污泥中含有大量的N、P、K、Ca及有机质，而且N、P以有机态为主，同时污泥中还有许多植物所必须的微量元素，可以缓慢释放，具有长效性。因此，污泥是有用的生物资源，是很好的土壤改良剂和肥料。下表是我国沈阳、杭州、北京、广州、天津、苏州、香港、深圳、太原、无锡、常州、常熟、昆明等城市21个污水处理厂污泥营养成分的调查统计结果[22～40]。表3我国21个污水处理厂污泥中营养物质成分统计结果单位：％项目有机质TNTPTK平均值37.183.031.520.69最大值62.007.035.131.78最小值9.20.780.130.23中值35.582.91.30.49由上表说明，我国污泥的有机质平均含量为37.18％、总氮、总磷、总钾平均含量分别为3.03％、1.52％、0.69％，均超过国家堆肥需要的养分标准，所以污泥是很好的有机肥源。另外，统计结果还说明：不同地区污水处理厂污泥的养分含量相差很大。经济不发达地区（如太原污水处理厂）有机质含量较低，而经济发达地区（如北京、深圳等）污水处理厂污泥中有机质含量较高。各地城市污泥氮含量没有明显的规律性。南方城市污水处理厂污泥中磷含量普遍比北方污水处理厂高。同一地区城市污泥中钾的含量变化并不大。由于受到来源和生产日期影响，污泥成分差异较大，这与我国不同地区生活水平和生活习惯有关。从长远来看，我国污水厂污泥中氮、磷的含量将随着脱氮脱磷等二级污水处理工艺的增加而增加，这将有利于污泥土地利用和堆肥处理。我国城市污泥中有机物（VSS）含量约为55%～60％，而欧美等国可达70-80%（均指初次沉淀池污泥）。一般来说，新鲜污泥中有机物含量越高，消化分解的程度越高。污泥中有机养分和微量元素可以明显改变土壤理化性质、增加氮、磷、钾含量，改善土壤结构，促进团粒结构的形成，调节土壤pH和阳离子交换量，降低土壤容重，增加土壤孔隙和透气性和田间持水量和保肥能力等，城市污泥还可以增加土壤根际微生物群落生物量和代谢强度、抑制腐烂和病原菌[3，5～8]。污泥用作肥料，可以减少化肥施用量，从而减少农业成本和化肥对环境的污染。2.2污泥对环境的污染尽管污泥含有丰富的养分，但是也含有大量病原菌、寄生虫（卵），铜、锌、铬、汞等重金属、盐类以及多氯联苯、二噁英、放射性核素等难降解的有毒有害物。这些物质对环境和人类以及动物健康有可能造成较大的危害。2.2.1污泥盐分污染污泥含盐量较高，会明显提高土壤电导率，破坏植物养分平衡、抑制植物对养分的吸收，甚至对植物根系造成直接的伤害，而且离子间的拮抗作用会加速有效养分的淋失[9]。2.2.2病原微生物污水中的病原体（病原微生物和寄生虫）经过处理还会进入污泥。新鲜污泥中检测得到的病原体多达千种，其中危害较大的是寄生虫。Polan和Jones（1992）认为污泥中病原体对人类或动物的污染途径大致有4条：①直接与污泥接触；②通过食物链与污泥直接接触而感染；③水源被病原体污染；④病原体首先污染了土壤，然后污染水体。污泥农用引起的潜在疾病的流行，被认为主要与沙门氏菌和绦虫卵有关[10]。2.2.3氮磷等养分的污染在降雨量较大地区的土质疏松土地上大量施用富含N、P等的污泥之后，当有机物分解速度大于植物对N、P的吸收速度时，N、P等养分就有可能随水流失而进入地表水体造成水体的富营养化，进入地下引起地下水的污染。所以N、P等养分迁移对环境影响是一个需长期监测研究的工作[9]。2.2.4有机物高聚物污染城市污泥中主要的有苯、氯酚等。尽管目前国内外对城市污泥中有机污染物的研究并不多，但是一些国家对农用城市污泥中有机污染物的特征及其在农业环境中的行为、生态效应和调控措施等方面进行了一定的研究。西方发达国家对污泥中有机污染物的浓度进行了一定的限制，并对PCBs、PCDD／Fs等提出了一些限量建议，但是除苯并（a）芘制定了控制标准外，我国还未能制订出较完善的城市污泥有机污染物限制标准[11，13]。迄今为止的试验研究表明，通过根部有效的吸收和在植物中转移的二噁英/呋喃及6种重要的PCB衍生物的量很少，即使土壤中PCDD／PCDF含量很高、污泥过量施用也不会显示出这些有机污染物的有害毒性[13]。2.2.5重金属污染在污水处理过程中，70％～90％的重金属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥中。一些重金属元素主要来源于工业排放的废水如镉、铬；一些重金属来源于家庭生活的管道系统如铜、锌等重金属。重金属是限制污泥大规模土地利用的重要因素，因为污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层。另外重金属一般溶解度很小，性质较稳定、难去除，所以其潜在毒性易于在作物和动物以及人类中积累。下表为我国沈阳、杭州、北京、广州、南京、西安、兰州、天津、苏州、香港、武汉、黄石、佛山、深圳、太原、重庆、无锡、苏州、常州、常熟、昆明、桂林、上海、山东、浙江、湖南等44个城市污水处理厂污泥中重金属含量统计结果。表4我国44个城市污水处理厂污泥中重金属含量统计结果[22～40]单位：mg／kgCdCuPbZnCrNiHgAs平均值3.03338.98164.09789.82261.1587.805.1144.52最大值24.103068.402400.004205.001411.80467.6046.00560.00最小值0.100.204.130.953.701.100.120.19中值1.67179.00104.12944.00101.7040.851