1. 污泥跨区域转运要求
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污泥跨区域转运的要求:
城镇污水处理厂、污泥运输单位和各污泥接收单位则必须建立污泥转运联单制度,并定期将记录的联单结果上报地方相关主管部门。同时还要建立完备的检测、记录、存档和报告制度,并对处理处置后的污泥及其副产物的去向和用途进行跟踪和报告,相关资料至少保存5年。
扩展知识:
污泥运输的主要方法有管道运输、卡车运输、驳船运输,以及组合输送方法等。采用何种方法输送决定于污泥的性质与数量、污泥处理的方式、输送距离与费用、最终处置与利用方式等。
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2. 工业园区污水处理厂污泥怎样处理才能综合利用
工业园区污水处理厂污泥初步脱水、缩小污泥体积。经过浓缩后的污泥,可以方便后续处理,常用的浓缩方法包括重力沉降、上浮浓缩等等。
3. 污泥处置需要哪些污泥处理设备
污水处理所产生的污泥具有较高的含水量,由于水分与污泥颗粒结合的特回性,采用机械方法答脱除具有一定的限制,污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。
4. 河道淤泥 如何处理
1.水下清淤: 抓斗式清淤、 泵吸式清淤、 普通绞吸式清淤
水下清淤一般指将清淤机具装备在船上,由清淤船作为施工平台在水面上操作清淤设备将淤泥开挖,并通过管道输送系统输送到岸上堆场中。水下清淤有以下几种方法。
a.抓斗式清淤:利用抓斗式挖泥船开挖河底淤泥,通过抓斗式挖泥船前臂抓斗伸入河底,利用油压驱动抓斗插入底泥并闭斗抓取水下淤泥,之后提升回旋并开启抓斗,将淤泥直接卸入靠泊在挖泥船舷旁的驳泥船中,开挖、回旋、卸泥循环作业。清出的淤泥通过驳泥船运输至淤泥堆场,从驳泥船卸泥仍然需要使用岸边抓斗,将驳船上的淤泥移至岸上的淤泥堆场中。
抓斗式清淤适用于开挖泥层厚度大、施工区域内障碍物多的中、小型河道,多用于扩大河道行洪断面的清淤工程。抓斗式挖泥船灵活机动,不受河道内垃圾、石块等障碍物影响,适合开挖较硬土方或夹带较多杂质垃圾的土方; 且施工工艺简单, 设备容易组织, 工程投资较省,施工过程不受天气影响。 但抓斗式挖泥船对极软弱的底泥敏感度差, 开挖中容易产生“掏挖河床下部较硬的地层土方, 从而泄露大量表层底泥, 尤其是浮泥” 的情况; 容易造成表层浮泥经搅动后又重新回到水体之中。 根据工程经验[3-5] , 抓斗式清淤的淤泥清除率只能达到 30% 左右, 加上抓斗式清淤易产生浮泥遗漏、 强烈扰动底泥, 在以水质改善为目标的清淤工程中往往无法达到原有目的。
b.泵吸式清淤:也称为射吸式清淤,它将水力冲挖的水枪和吸泥泵同时装在1 个圆筒状罩子里, 由水枪射水将底泥搅成泥浆, 通过另一侧的泥浆泵将泥浆吸出, 再经管道送至岸上的堆场, 整套机具都装备在船只上, 一边移动一遍清除。 而另一种泵吸法是利用压缩空气为动力进行吸排淤泥的方法, 将圆筒状下端有开口泵筒在重力作用下沉入水底, 陷入底泥后, 在泵筒内施加负压, 软泥在水的静压和泵筒的真空负压下被吸入泵筒。 然后通过压缩空气将筒内淤泥压入排泥管, 淤泥经过排泥阀、 输泥管而输送至运泥船上或岸上的堆场中。
泵吸式清淤的装备相对简单,可以配备小中型的船只和设备,适合进入小型河道施工。一般情况下容易将大量河水吸出,造成后续泥浆处理工作量的增加。同时,我国河道内垃圾成分复杂、大小不一,容易造成吸泥口堵塞的情况发生。
c.普通绞吸式清淤:普通绞吸式清淤主要由绞吸式挖泥船完成。绞吸式挖泥船由浮体、铰绞刀、上吸管、下吸管泵、动力等组成。它利用装在船前的桥梁前缘绞刀的旋转运动,将河床底泥进行切割和搅动,并进行泥水混合,形成泥浆,通过船上离心泵产生的吸入真空,使泥浆沿着吸泥管进入泥泵吸入端,经全封闭管道输送(排距超出挖泥船额定排距后, 中途串接接力泵船加压输送) 至堆场中。
普通绞吸式清淤适用于泥层厚度大的中、大型河道清淤。普通绞吸式清淤是一个挖、运、吹一体化施工的过程,采用全封闭管道输泥,不会产生泥浆散落或泄漏; 在清淤过程中不会对河道通航产生影响, 施工不受天气影响, 同时采用 GPS 和回声探测仪进行施工控制, 可提高施工精度。 普通绞吸式清淤由于采用螺旋切片绞刀进行开放式开挖, 容易造成底泥中污染物的扩散, 同时也会出现较为严重的回淤现象。 底泥清除率一般在 70%左右。 另外, 吹淤泥浆浓度偏低, 导致泥浆体积增加, 会增大淤泥堆场占地面积。
2. 环保清淤
环保清淤包含两个方面的含义,一方面指以水质改善为目标的清淤工程,另一方面则是在清淤过程中能够尽可能避免对水体环境产生影响。环保清淤的特点有:①清淤设备应具有较高的定位精度和挖掘精度, 防止漏挖和超挖, 不伤及原生土;②在清淤过程中,防止扰动和扩散, 不造成水体的二次污染, 降低水体的混浊度, 控制施工机械的噪音,不干扰居民正常生活;③淤泥弃场要远离居民区, 防止途中运输产生的二次污染。
环保绞吸式清淤是目前最常用的环保清淤方式,适用于工程量较大的大、中、小型河道、湖泊和水库,多用于河道、湖泊和水库的环保清淤工程。环保绞吸式清淤是利用环保绞吸式清淤船进行清淤。环保绞吸式清淤船配备专用的环保绞刀头,清淤过程中,利用环保绞刀头实施封闭式低扰动清淤,开挖后的淤泥通过挖泥船上的大功率泥泵吸入并进入输泥管道,经全封闭管道输送至指定卸泥区。
环保绞吸式清淤船配备专用的环保绞刀头具有防止污染淤泥泄漏和扩散的功能,可以疏浚薄的污染底泥而且对底泥扰动小,避免了污染淤泥的扩散和逃淤现象,底泥清除率可达到95% 以上; 清淤浓度高, 清淤泥浆质量分数达 70% 以上, 一次可挖泥厚度为 20~110 cm。 同时环保绞吸式挖泥船具有高精度定位技术和现场监控系统, 通过模拟动画,可直观地观察清淤设备的挖掘轨迹; 高程控制通过挖深指示仪和回声测深仪, 精确定位绞刀深度, 挖掘精度高。
淤泥固化技术处理
清淤泥浆的初始含水率一般在80% 以上, 而淤泥的颗粒极细小, 黏粒含量都在 20%以上, 这使得泥浆在堆场中沉积速度非常缓慢, 固结时间很长。 吹淤后的淤泥堆场在落淤后的两三年时间内只能在表面形成 20 cm 左右厚的天然硬壳层, 而下部仍然为流态的淤泥, 含水率仍在1. 5 倍液限以上, 进行普通的地基处理难度很大。 堆场表层处理技术则是利用淤泥堆场原位固化处理技术, 人为地在淤泥堆场表面快速形成一层人工硬壳层, 人工硬壳层具有一定的强度和刚度, 满足小型机械的施工要求, 可以进行排水板铺设和堆载施工, 从而方便对堆场进一步的处理。 人工硬壳层的设计是表层处理技术的关键, 主要考虑后续施工的要求, 结合下部淤泥的性质, 通过试验和模拟确定硬壳层的强度参数和设计厚度, 人工硬壳层技术又往往和淤泥固化技术相结合形成固化淤泥人工硬壳层, 也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS) 颗粒形成轻质人工硬壳层则效果更佳。
最新的清淤技术目前有以下几种:
a. 高浓度原位环保清淤方法。由于目前常用的环保清淤方法清淤出的淤泥浓度在15%~20%左右, 水分子的体积要远大于土颗粒的体积, 清淤泥浆的体积大约为颗粒的4~5倍。这些高含水泥浆往往需要较大的堆场进行放置, 很多清淤工程因为堆场场地的问题而受到严重制约。 高浓度原位环保清淤能够降低清淤过程中泥浆的增容率, 在中间输送过程中可以使泥浆含水率得到降低, 将淤泥直接变成可以用于填土的土材料使用。 因此, 为了节省占地和降低整个清淤和淤泥处理的成本, 高浓度原位环保清淤技术已经成为未来
的发展趋势。
b. 堆场淤泥快速排水技术。目前大多数内河清淤的淤泥都在堆场中堆放。淤泥堆场经过地基处理,解决其长期沼泽状态的问题后可用于建设、景观、农田利用的土地。而这一地基处理过程就是淤泥固结排水的过程。淤泥黏粒含量高,透水性差,在自重作用下的固结时间长,自重固结后的强度低。淤泥的快速排水固结问题成为一个亟待解决的问题。软黏土地基使用的真空预压法和堆载预压法,对于淤泥往往难以发挥良好的效果。淤泥含水率极高,处于流动状态,颗粒之间的有效应力非常低,在高压抽真空的状态下淤泥颗粒会和间隙水一起流动,从而使排水板出现淤堵而无法排水。如何解决排水系统的淤堵问题成为淤泥快速排水的关键。堆场淤泥快速排水技术是在淤泥内铺设多层多排水平排水通道,其层间距、排间距都在60~80 cm左右, 以形成高密度泥下排水网络。将该网络与地面密封的水平排水管密封连接, 再与射流排水装置连接后抽气抽水, 可加快淤泥的排水速度。 目前这一技术开发和其中的关键问题尚处于探索的初期阶段。
淤泥资源化利用技术
淤泥资源化利用技术包括把淤泥制成砖瓦的热处理方法。热处理方法是通过加热、烧结将淤泥转化为建筑材料,按照原理的差异又可以分为烧结和熔融。烧结是通过加热800~1 200℃,使淤泥脱水、有机成分分解、粒子之间黏结,如果淤泥的含水率适宜,则可以用来制砖或水泥。熔融则是通过加热1 200~1 500℃使淤泥脱水、有机成分分解、无机矿物熔化,熔浆通过冷却处理可以制作成陶粒。热处理技术的特点是产品的附加值高,但热处理技术能够处理的淤泥量非常有限,比如普通制砖厂1年大概能消耗淤泥5万m3, 不能满足目前我国疏浚淤泥动辄上百万立方米发生量的处理需求, 从淤泥的大规模产业化处理前景来讲, 固化、 干化、 土壤化的淤泥资源化利用技术是具有生命力的, 若与堆场处理技术相结合则更能显示出效益。
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5. 污水处理厂的污泥怎么处理的
干化焚烧、制复合肥、卫生填埋。1、干化焚烧:污泥干化可使污泥含水率控制在10%~40%,减少了污泥的体积和重量,降低了运输费和填埋费,而且污泥的臭味大为减少。干化的装置可分直接干化和间接干化,其能量消耗与污泥成分和水分有关。间接干化一般推荐用立式干化装置,并选用流化床工艺。
干化焚烧、制复合肥、卫生填埋。
1、干化焚烧:污泥干化可使污泥含水率控制在10%~40%,减少了污泥的体积和重量,降低了运输费和填埋费,而且污泥的臭味大为减少。干化的装置可分直接干化和间接干化,其能量消耗与污泥成分和水分有关。间接干化(利用沼气通过热交换器)一般推荐用立式干化装置,并选用流化床工艺。干化与焚烧串联工艺中,干化的程度取决于污泥的热值和回收焚烧炉的热能,使干化的能量尽量平衡,不另外添加燃料。
2、制复合肥:按我国目前的经济条件,对多数污水厂来说,污泥用于农田是比较可行和现实的方案。污泥中的氮、磷、钾和微量元素,对农作物有增产作用;污泥中的有机质、腐殖质是良好的土壤改良剂。污泥经适当浓缩、脱水后运至市郊或邻近省份作为农肥,是许多污水厂采用的方法。但农田施肥有季节性,不需要泥肥时,污水厂会泥满为患,影响正常运行。于是一些污水厂支付费用,让农民把污泥拉走,而不问其去向,这会造成二次污染。
3、卫生填埋:污泥卫生填埋起源于上世纪60年代,是在传统填埋的基础上从保护环境角度出发,经过科学选址和必要的场地防护处理,需要有严格的管理制度的和科学的工程操作方法。目前已经是一项比较成熟的污泥处置技术。基本方式是城市污泥经过简单的灭菌处理,直接倾倒于低地或谷地制造人工平原。它对前期的污泥处理技术要求较低,一般进行消化减容即可。如不进行消化处理,也可让其自然干化。因此它需要大面积的场地和量的运输费用,且地基需作防渗处理以免污染地下水,故近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。但填埋并不能最终避免环境污染,而只是延缓了产生时间。
6. 如何选择污泥处理处置技术
城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析
——以北京市为例
张义安,高 定,陈同斌*,郑国砥,李艳霞
中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心,北京 100101
摘要:以北京市为例,估算不同电价及运输距离下填埋、焚烧及堆肥等方式的城市污泥处理处置成本,在此基础上讨论各种处理处置方案的前景,展望北京市污泥处理处置出路。污泥填埋在一定时期内还将是主要处理处置方式,但所占比例将逐渐下降;堆肥是经济上较为可行的处理处置方式,适合大力推广;随着经济实力与技术水平提高,焚烧法可以适用于个别特殊地点。同时,分析了政府补贴对污泥处理处置效益的影响。
关键词:城市污泥;处理处置成本;填埋;焚烧;堆肥
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2006)02-0234-05
城市污泥是污水处理的副产物,以含水率97%计算,体积占处理污水的0.3%~0.5%[1],深度处理产泥量还将增加50%~100%。目前我国每年排放的干污泥大约1.3×106 t,并以大约10%的速率在增加。
北京市全区域规划污水排放量为330×104 m3/d,其中2003年市区污水排放量约为230×104 m3/d[2]。规划建设14座污水处理厂,2015年污水处理能力预计将超过320×104 m3/d,处理率将超过90%。到2008年,北京市将新增9座中水处理厂,深度处理能力将由目前的1×104 m3/d提高到47.6×104 m3/d,届时每年产生含水率 80% 城市污泥超过80×104 m3。北京市最大的污水处理厂——高碑店污水处理厂污泥外运运输费用占到全厂运行费用的1/3[3]。
城市污泥的大量产生,已引起日益严峻的二次污染,并成为城市污水处理行业瓶颈。污泥处理处置率低,其中非常重要的一个原因就是投资和运行成本方面的限制。但到目前为止,还未见关于不同污泥处理处置方案的经济分析,导致不同单位和设计人员在方案的选择上存在较大的盲目性。本文以北京为例,对几种典型的城市污泥处理处置方式进行经济分析,以便为城市污泥处理处置技术的选择提供参考依据。
1 城市污泥处理处置成本估算
1.1 估算方法
以1 t干污泥(DS)为计算基准,综合成本=运行成本+设备折价成本。运行成本以目前较为成熟的处理处置方式进行估算。
北京市污泥机械脱水效果通常在80%左右。各方案中的成本估算涉及或包括焚烧、运输、填埋等3个流程;设备折价成本取15 a使用年限,年折旧7%,社会利率10%,即年折价17%,设备年工作时数以8000 h计。因此,设备折价=设备价格×指数×0.17/8000。
1.2 估算细则
(1)单位成本
填埋:生活垃圾卫生填埋的成本约60~70 ¥/t,污泥填埋时按照压实生活垃圾∶土∶污泥容重比为0.8∶1∶1,污泥填埋成本为48~56 ¥/t,取52¥/t。
干化:干燥能耗与脱水量成正比。燃气加热效率85%、锅炉热效率70%、过程热损失5%时,水的蒸发能耗为150 (kW?h)/t,每小时去除1 t水的设备投资为180×104¥[4]。
焚烧:目前多采用流化床技术,每h焚烧1 t干化污泥的设备成本为528×104¥,污泥按干质量减量60%。焚烧的运行费用24¥/t,烟气处理消耗NaOH量约为37 kg/t,折价约128¥/t [5]。
电价:北京市工业电价高峰期、平段区、低谷期分别为0.278、0.488、0.725¥/(kW?h)。按不同补贴方案,将电价设定为0.30、0.60¥/(kW?h)。
运费:北京市运输价格在0.45~0.65¥/(t?km)之间,污泥为特殊固体废物,需特殊箱式货车运送,价格处于高端。另外,近年运输价格有上涨趋势。因此,运费取0.65 ¥/(t?km)。
此外,干化及焚烧均按设备成本添加30%物耗人工管理费及土建配套费。
(2)污泥含水率
污泥的有机质和水分含量较高,填埋存在一系列问题,当前主要关心的是土力学性能,当含水率高于68% 时需按m(土)∶m(污泥)=0.4~0.6的比例混入土 [6-8]。含水率降低时污泥性状存在突变,因此填埋脱水目标设定为80%、30%。
含水率是污泥焚烧处理中的一个关键因素。有机质含量高、含水率低利于维持自燃,降低污泥含水率对降低污泥焚烧设备及处理费用至关重要。一般将污泥含水率降至与挥发物含量之比小于3.5时,可形成自燃[9]。北京市污泥有机物含量在45% 以下,因此使污泥维持自燃焚烧的水分含量应小于61.2%。朱南文总结了几种国外污泥热干燥技术,可以将污泥干燥至10%含水率[10]。污泥焚烧综合成本随干燥程度动态变化,干化程度越高,干化能耗升高,焚烧设备及运行费用随之下降。简化起见,本文以污泥保持热量平衡燃烧为估算前提,不再进行高水分下加入重油的成本估算。因此污泥焚烧的干化目标定为:60%和10%。
表1 北京市填埋场概况[11]及离污水处理厂的最近距离
Table 1 Description of landfill sites and wastewater treatment plants
填埋场 填埋场位置 处理规模/(t?d-1) 预计关闭时间 最近的污水处理厂 最近直线距离/km 1)
北神树 通县次渠乡 980 2006 高碑店 20
安定 大兴区安定乡 700 2006 小红门 36
六里屯 海淀区永丰屯乡 1500 2017 清河 15
高安屯 朝阳区楼梓庄乡 1000 2018 高碑店 15
阿苏卫 昌平区小汤山乡 2000 2012 清河、北小河 40
焦家坡 门头沟区永定镇 600 2011 卢沟桥 15
1) 最近距离数据为作者实测
综上所述,污泥的处理处置方式计有:堆肥,分别干燥至含水80%、30% 时填埋,干燥至含水
60%、10%时焚烧。
1.3 填埋成本
填埋成本=能耗成本+运输成本+填埋场成本+设备折价成本
能耗成本=[1/(1-η0)-1/(1-ηe)]×150×α×Pele
运输成本=0.65×L /(1-ηe)
填埋场成本=βPf /(1-ηe)
设备折价=[1/(1-η0)-1/(1-ηe)]×180×α× 0.17×104/8000
其中,η0、ηe分别为处理处置始、末的含水率;Pele为电价,¥/(kW?h);L为运输距离,km;α为土建及人工配套费指数,1.3;β为体积系数,含水率≥68%时在1.4~1.6之间,取1.5,含水率<68%时取1;Pf为填埋场填埋价格,40~60¥/t,取52¥/t。
污泥填埋运输距离:北京市现有填埋场容量不足以满足生活垃圾处置需求,即使规划中的填埋场建成之后,富余填埋能力也很有限,污泥填埋需另外觅地新建填埋场。随着城市发展及填埋场地质条件要求,运输距离也将越来越远,参照表1,污泥
填埋的运输距离将在40 km以上,因此在估算今后的填埋成本时,分别取50、100 km作为近期及远期填埋场运输距离。
1.4 堆肥成本及收益
城市污泥经过堆肥无害化处理之后进行土地利用,是国际上普遍采用的处理处置方式。强制通风静态垛堆肥处理是泥堆肥主流技术,其处理成本与污泥初始含水率、处理规模、堆肥厂与污水处理厂之间距离以及设备原产地等因素相关。堆肥厂宜建在污水处理厂周围,运输成本计为0,堆肥成本主要由鼓风、烘干、筛分能耗,调理剂及设备折价成本组成。目前,堆肥产品的市场销售价格为350~500¥/t,扣除15%含水率后取500¥/t DS。
利用CTB堆肥自动控制系统[12,13]进行强制通风静态垛堆肥在河南省漯河市城市污泥堆肥厂的应用结果表明,当污泥含水率不高于80%时,鼓风能耗在40~60 (kW?h)/t DS之间,取60 (kW?h)/t DS。CTB调理剂价格为300 ¥/t,损耗率一般为5% [14]。经过10~14 d堆肥,污泥干物质减量30%,含水45%。采用热干燥技术烘干至含水15%,脱水负荷0.45 t/t DS;调理剂在烘干前筛分后自然晾干,需筛分能耗;筛分负荷共9.3 t/t DS,筛分能力1 t/h,功率3 kW。全程能耗95 (kW?h)/t DS,考虑到未知能耗,取100 (kW?h)/t DS。
设备折价:处理干污泥能力为 0.3×104 t/a的污泥堆肥厂设备投资约700万¥,设备折价182 ¥/t DS(含占地成本),取200¥/t DS。
1.5 焚烧成本
考虑到焚烧废气排放等问题,外运30 km以上焚烧为佳,取30 km;焚烧按干物质减量60%,烧余物需运至填埋场填埋,运输距离取50 km。参考表3可知,干燥至10%焚烧成本较干燥至60%低。干燥程度越高,焚烧厂占地面积也越小,因此焚烧前以干化至10%为宜。
1.6 干化农用成本
未经稳定化处理污泥存在施用安全危险,考虑到干化的稳定效果较差,安全性有限,不再估算。
2 讨论与分析
2.1 处理成本和经济效益
表2 处理处置1 t城市污泥(干质量)所需的成本及其效益
Table 2 Comparison of the estimated cost and benefit of sewage sludge treated and/or disposed by different ways
填 埋
干化 运输 填埋 综合成本/¥
目标 能耗/¥ 设备折价/¥ 距离/km 运费/¥ 填土比例 费用/¥
80% 0 0 50 163 50% 390 5531),5532)
30% 2091),4182) 178 50 46 0 74 5071),7162)
80% 0 0 100 325 50% 390 7151),7152)
30% 2091),4182) 178 100 93 0 74 5541),7632)
焚烧
干化 焚 烧 烧余物 综合成本/¥
目标 能耗/¥ 设备折价/¥ 运行/¥ 设备折价/¥ NaOH/¥ 运费/¥ 填埋/¥
60% 1461),2932) 124 60 365 128 13 20 8561),10022)
10% 2281),4552) 193 27 162 128 13 20 7711),9982)
堆 肥
能耗/¥ 设备折价/¥ 调理剂损耗/¥ 总成本/¥ 销售/¥ 总效益/¥
391),782) 200 75 3141),3532) 410 961),572)
1) 电价取0.30 ¥/(kW?h);2) 电价取0.60 ¥/(kW?h)
各种处理方式处理成本估算过程及结果如表2所示。由表2可知,污泥处理处置以堆肥方式成本
最低,约300~350¥/t DS;填埋方式约500~760¥/t DS。焚烧方式成本最高,约800~1000¥/t DS。堆肥成本低于填埋方式,显著低于焚烧方式,随运输距离增加填埋成本显著高于堆肥成本。此外,污泥焚烧处理一次性投资大,运行维护费用最高。
各种处理方式中,污泥填埋没有资源回收,效益为零;考虑到污泥热值水平,回收焚烧热能可能性较低,对净效益影响不大;污泥干化可以起到脱水的效果,但稳定化的效果有限,加之干化过程中容易产生爆炸和肥效缓慢等问题,不宜提倡;在产品销售良好情况下,按电价不同,堆肥处理可以盈利50~100¥/t DS。
2.2 各种处理处置技术的优缺点
现有的大部分填埋场设计建造标准低、缺乏污染控制措施,存在稳定性差等问题,导致散发气体和臭味,污染地下水,不能保证填埋垃圾的安全,只是延缓污染但没有最终消除污染。一些国家为了把上述问题降低到最小程度,制定了待处理污泥物理特性的最低标准,使污泥填埋的处理成本大大增加。例如德国要求填埋污泥干基含量不低于35%。为避免污泥中有机物分解造成的地下水污染,1992年德国发布了《城市废弃物控制和处置技术纲要》,要求从2005年起,任何被填埋处理的物质其有机物含量不超过5% [15],这意味着污泥即便是经过干燥也不满足填埋的要求。污泥填埋面临填埋场地、公众及法规等多重压力,填埋成本将逐步升高,近年来国外污泥填埋处理方式比例越来越小[6]。
是否推广堆肥处理城市污泥,首先应切实评估施用污泥堆肥的潜在环境风险。杜兵等[16]研究表明,同国外相比北京市某典型污水处理厂酚类、酞酸酯类、多环芳烃类均处于污染程度较低的水平。堆肥处理的持续高温可以确保杀灭病菌,保证污泥的农用安全。陈同斌等[17]对中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势的研究结果表明,我国城市污泥中平均含量普遍较低,金属含量基本未超过农用标准[18],且呈现逐渐下降的趋势。近年相关研究也证明:科学合理地进行城市污泥农用不会造成土壤和农产品的重金属污染问题[19]。我国城市污泥的土地利用重金属环境风险并不像人们想象的那样严重。
焚烧减量最为显著,含水80%的污泥焚烧后减容率超过90%。然而,污泥含有多种有机物,焚烧时会产生大量有害物质,如二恶英、二氧化硫、盐酸等,受国内焚烧技术的限制,二恶英污染问题尚未很好解决,重金属烟雾与燃烧灰烬也可能造成二次污染。此外,焚烧浪费了污泥中的营养物质。对比三种处理处置方式,污泥焚烧占地面积最小,但综合成本最高,设备维护要求高,环保风险较大,这些不利之处都限制了污泥焚烧技术的广泛应用。
综上所述,堆肥处理实现污泥的资源化利用,科学合理施用下可以保证卫生安全及重金属安全,同时较为经济可行,是污泥处理处置技术的主要发展方向。但是,从市场销售的角度来看,污泥堆肥产品的销售渠道有待改善。各种处理方式优缺点概括于表3(下页)。
2.3 电价影响及政府补贴
电价影响到污泥处理处置成本。电价从0.60¥/(kW?h)降低到0.30 ¥/(kW?h),各种处理方式的综合成本分别降低40~230 ¥/t DS。如电价取至用电低谷期电价或者更低,成本可以进一步降低。
表3 各种处理处置技术优缺点对比
Table 3 Comparison of landfill, composting and incineration for sewage sludge
处理处置方式 收支平衡/(¥?t-1) 1) 技术难度 场地要求 能否资源化 无害化程度
填埋 -507~ -763 简单 大 不能 延缓污染, 没有最终消除污染风险
堆肥 57~96 较简单 较小 能 重金属低于农用标准时可以达到无害化要求
焚烧 -771~ -1000 技术设备要求高 小 不能 尾气可能带来二次污染
1) 运输距离100 km、电价0.60 ¥/(kw?h)时, 以80%含水率填埋成本略低于30%含水率填埋, 但其占地为后者5.25倍, 综合考虑采取30%填埋
污泥含水80%及60%下填埋占地分别为30%下填埋的5.25倍、1.75倍。政府通过补贴如降低电价等调控手段,将污水处理投入合理分配到其中的污泥处理单元,可以降低污泥处理单元的焚烧成本、填埋占地,降低堆肥成本。政府补贴可以发挥经济杠杆作用,调控污泥处理行业投入产出状况,有利于污泥处理处置行业的健康发展。总之,污泥处理处置应该有适宜的政府补贴。
3 结论
(1)污泥堆肥成本随电价变化约300~350 ¥/t DS,堆肥销售可以补偿部分处理成本,使污泥堆肥达到微利水平。合理施用堆肥可以提供养分和有机质,是污泥处理处置技术的重要方向。
(2)污泥填埋操作简单,但其成本约500~760 ¥/t DS,高于堆肥处理。考虑到土地资源日益稀缺及二次污染问题,且从发达国家的经验来看污泥填埋将逐步受到限制,因此其应用比例应逐渐减少。
(3)污泥焚烧减量效果最明显,但其初始投资及运行费用最高,综合成本约771~1000 ¥/t DS。其设备维护复杂,如果对尾气处理不当会造成二次污染。
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7. 北京污水处理厂污泥排放标准
北京污水处理厂污嫌余泥排放标准如下。
1、污泥排入城市下水道水质标准GB3838,地表水环境质量标准GB4284,农用污泥中污染物控制标准GB3097,城镇污水处理厂者者丛附属建筑和附属设备设计标准。
2、北京首樱污水处理厂中污泥排放,按处理工艺与处理程度的不同,分位一级处理和二级处理。
8. 国内城市污水污泥处理中存在的问题主要有几个方面
1) 污泥处理率低、工艺不完善
我国存在着重废水处理,轻污泥处理的倾向。很多城市未把污泥的处理作为污水厂的必要组成部分,往往是污水处理厂建成后,相当长的时间后才建污泥处理系统,造成我国城市污水污泥处理率很低。从表 1 的工艺中也可以看出,国内城市污水厂的污泥处理工艺是很不完善的。污泥经过浓缩、消化稳定和干化脱水处理的污水厂仅占上述城市污水厂的 25.68%。这说明我国 70%以上的污水厂中不具有完整的污泥处理工艺。不具有污泥稳定处理的污水厂占 55.70%,大量未经过稳定处理的污水污泥将对环境产生严重的二次污染。不具有污泥干化脱水处理的污水厂约占 48.65%。污泥经浓缩、消化后,尚有约 95%~97%含水率,体积仍然很大。这样庞大体积的污泥如果不经过污泥的干化脱水处理,将为运输及后续处置带来许多不便。
2) 污泥处理技术设备落后
当前我国有些污水处理厂所采用的污泥处理技术已经是发达国家所摈弃的技术,其水平还停留在发达国家的 70、80 年代的水平,有的甚至是国外的 60 年代的水平。而且有些污泥处理技术根本不合乎国内的污水污泥特性,对所采用的技术缺乏必要的调查研究。污泥处理设备也比较落后,性能差、效率低、能耗高,专用设备少,未能形成标准化和系列化。因此,限制了我国污泥处理技术的提高和发展。
3) 污泥处理管理水平低
很多已建成的污泥处理设施不能正常运行,除技术水平外,管理水平低也是重要因素。大部分污水厂的管理人员和操作人员的素质较差,缺乏管理经验,不能有效地组织生产,加上技术人员少,各个专业不配套,所以一旦生产上出现问题,不知如何处理,有的污水处理厂的污泥处理系统只好长期停止运行。提高污水厂的管理水平,早日实现科学管理是保证污水厂污泥系统长期运转关键所在。
4) 污泥处理设计水平低
我国排水事业有很大发展,积累了较为丰富的污水处理设计经验,并培养了大批设计人材。但在污泥处理方面,我国还缺乏实践经验和设计经验,尤其是污泥处理系统的整体水平还比较低,从已建成的污水处理厂的污泥处理装置看,运行工况不佳,不能保证长期运行,很多厂的装置建成后,又进行较大的技术改造,造成人力、物力和财力的极大浪费。
5) 污泥处理投资低
国内污泥处理投资只占污水处理厂总投资的 20%~50%,而发达国家污泥处理投资要占总投资的 50%~70%。