污泥处理与处置现状探讨

1目 录第一章 绪论 1.1 课题研究的背景及意义 .11.2 常用国内外污泥处理处置方法及问题 .11.3 国内外污泥处理处置方法的发展 .41.4 垃圾填埋场覆盖材料 .51.5 日覆盖材料相关标准 .71.6 研究内容 .7第二章 实验材料设备、分析项目和方法2.1 实验材料和设备 .92.1.1 实验材料 .92.1.2 实验设备 .112.2 实验分析项目和方法 .122.2.1 分析项目 .122.2.1 分析方法 .122.3 实验方案方法 .122.3.1 试验方案 .122.3.2 试验方法 .14第三章 结果分析及讨论3.1 实验结果分析 .183.1.1 pH 值分析 .183.1.2 有机质含量分析 .193.1.3 含水率 .193.1.4 抗压强度 .263.1.5 抗剪强度 .2623.1.6 渗透系数 .273.3 本章总结与讨论 .28第四章 结论与建议4.1 结论 .294.2 建议 .29参考文献 .31致 谢 .33第一章 绪论1.1 课题研究的背景及意义随着我国经济的高速发展和快速城市化，城市污水的排放量在不断增加。这就要求建立更多的污水处理厂，截至2009年底，全国城镇累计建成污水处理厂1993座，总处理能力已超过1亿立方米/日 1。污泥是污水处理厂中的必然产物、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。污泥含水率高，浓缩污泥含水率约为97%，脱水污泥约为80%，其体积庞大，不易处理。并且，污泥量一般占污水量的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0.51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，但城市污水处理厂每年排放干污泥大约30万吨，而且还以每年大约10%的速度增长 2。并且随着我国污水处理厂的大量兴建，污水处理技术的不断革新和处理效率的不断提高，我们可以看出我国城镇污水处理厂每日污泥产量还会大大增加。由此可见，污泥的处理处置问题已经是污水处理中的一个巨大的难题，也成为了污水处理厂设计、运行必须优先考虑的重要环节。如何去高效处理污泥，如何去合理处置污泥，如何去将污泥资源化，将直接关系到我国环保事业以及污水处理的发展。1.2 常用国内外污泥处理处置方法及问题常用的国内外污泥处理处置方法主要有：卫生填埋、污泥农用、污泥焚烧、污泥干化和热处理、污泥堆肥、海洋倾倒等。1、卫生填埋卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。由于渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等，对处理技术标准要求越来越高（例如德国从2000年起，要求填埋污泥的有机物含量小于5） ，许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。1992年欧盟大约40的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小 2。污泥填埋并未最终避免环境污染，而只是延缓了产生的时间。2、 污泥农用污泥农用投资少，能耗低，运行费用低，其中有机部分可转化成土壤改良剂成分，因此污泥土地利用被认为是最有发展潜力的一种处置方式。但是污泥成分及来源相当复杂，在含有营养成分同时，不可避免的也会含有一些有害成分，如含有大量病原菌、寄生虫（ 卵） ，以及铜、砷、铅、锌、铝、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难降解的有机化合物及放射性核素等，如不经处理就利用，将会导致土壤或水体污染。特别是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，最终对动物以及人类造成重大伤害。3、 污泥焚烧以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积。自 1962 年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以来的 20 年中，焚烧的污泥量大幅度增加。在国外，特别是西欧和日本已得到广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的 60以上，欧盟也在 10以上 3。但污泥在焚烧前必须脱水，从目前技术水平看，机械脱水成本比较高，自然脱水虽然成本低，但时间长，占地大，受气候影响，而且在晾晒期间污染周围空气。另外焚烧处理一般要求其热值在 1000kJ/kg以上，焚烧时产生二氧化硫、二恶英等有害气体，污泥中的重金属也会随着烟尘的扩散而污染空气；焚烧成本是其他处理工艺的 24 倍 44、 污泥干化和热处理污泥干化能使污泥显著减容，体积可以减少 45 倍，产品稳定、无臭且无病原生物，干化处理后的污泥产品用途多，可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。早在 20 世纪 40 年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥，经过几十年的发展，污泥干化技术的优点正逐步显现出来 3。由于污泥热干燥技术要求和处理成本较高，管理较复杂，所以这项技术直到 20 世纪 80 年代末期瑞典等国家的成功应用之后才在西方发达国家推广。5、 污泥堆肥肥化技术是国际上从 60 年代迅速发展起来的一项新兴生物处理技术。70 年代以后由于污泥产生的环境问题和填埋技术的缺点日益突出，污泥堆肥技术引起了世界各国的广泛重视，并成为环保领域的一个研究热点，这时人们开始考虑利用堆肥化技术取代部分传统的物理化学方法。进入 80 年代之后，日本、韩国以及欧美一些国家相继研究开发出封闭式发酵系统，以机械方式进料、通风和排料。但自然堆肥需要的时间长、占地大、肥效低、肥料的经济价值小，目前的市场需求量有限，因此该技术的发展较慢。 6、 海洋倾倒海洋倾倒操作简单、对于沿海城市来说其处理费用较低，但是，随着生态环境意识的加强，人们越来越多地关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影响。美国于1988年已禁止污泥海洋倾倒，并于1991年全面加以禁止。日本对污泥的海洋投弃作了严格的规定。中国政府于1994年初接受3项国际协议，承诺于1994年2月20日起不再海上处置废物和污水污泥。海洋倾倒在英国尤其流行，因为与其他方法相比，其费用相当低。但是从1998年底，欧共体城市废水处理法令已经禁止其成员国向海洋倾倒污泥 3。所以无论是进行有效利用还是填埋处置，我们都应该以减量化、稳定化、无害化、资源化为原则。应该根据污泥的特性及当地的实际情况，应该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。1.3 国内外污泥处理处置方法的发展目前国内污水厂污泥处置方法的发展主要有：污泥干燥造粒、污泥制备陶粒、污泥制水泥及污泥制砖和污泥作垃圾填埋场覆盖材料等方法，现分述如下：1、污泥干燥造粒通过干燥造粒工艺，并向污泥中添加必要的氮、磷、钾等营养成分，将污泥加工成复合有机肥，可提高了污泥肥效和经济价值，是污泥处置的有效途径和发展方向。国内利用干燥造粒技术处置污泥、生产有机复合肥的污水厂有大连、北京密云、太原、深圳等地的污水厂，其中以太原杨家堡污水净化厂沃土生物有限公司的污泥干燥制肥技术和工艺设备最具有代表性，工艺先进、技术成熟。2、污泥制陶粒将污泥与黏士或粉煤灰按一定比例掺和，烧制成陶粒，可用做建筑材料，达到既处置污泥又能创造经济效益的目的。根据天津污水处理研究所的试验结果，生产1立方米陶粒消耗污泥1584m 3(污泥含水率75 )。陶粒的销售价格基本上可与污泥处置成本相抵 5。3、污泥制水泥污泥制水泥具有减容程度大，无害化处理彻底等特点。例如，上海万安企业总公司利用水泥窑焚烧处理城市污水污泥，污泥来自位于上海金山区的朱泾镇污水处理厂的脱水污泥。但目前利用水泥窑焚烧处理污泥的技术，还不十分成熟，污泥仅占水泥生产原料的3，因此暂时难以成为污泥处置的主流工艺 5。4、污泥制砖利用城市污水处理厂的排放污泥和其他原料混合来生产烧结建筑材科制品，一则利用并消化了大量的城市污水处理厂的排放污泥，二则污水处理厂的排放污泥中有机质的自身燃烧产生的热量补充高温焙烧烧结制品的热量，既利用了污泥自身的热值，又可以高温分解有毒有害及致癌物质，完全解决了城市污泥的二次污染问题。5、污泥作垃圾填埋场覆盖材料在美国，环保署(EPA)推荐污泥循环再利用作为填埋场每日或最终覆盖材料，而且美国许多州的填埋场法规也允许使用污泥作为市政固废填埋场的日覆盖材料。在这一点上国外学者作过研究，污泥只要在质量上含固率大于50，并按1：1比例与土壤混合，就能用于填埋场日覆盖或最终覆盖材料。目前国内外已经对此开展了大量的研究工作 6。但是，寻找更好的更多的污泥处理处置方式，正是我们迫切需要的，而本实验正是在做这方面的研究。1.4 垃圾填埋场覆盖材料生活垃圾填埋场在按照卫生填埋工艺标准 7进行作业时，需要大量的覆盖材料对垃圾表面进行及时覆盖，以避免垃圾与环境的直接接触 8。覆盖的作用表现在减少地表水的渗入，避免填埋气体无控制地向外扩散，减轻感观上的厌恶感，避免为小动物或细菌提供孽生的场所，便于填埋场作业设备和车辆的行驶，同时为植被的生长提供土壤。具体来说，卫生填埋场日覆盖的主要目的是控制疾病传播、垃圾飞扬、臭味，改善道路交通，改进景观 9。日覆盖要求确保填埋层的稳定同时不阻碍垃圾的生物分解，因而要求覆盖材料具有良好的通气性能。一般选用砂质土等进行日覆盖，覆盖厚度为15cm 左右。在进行每日覆盖前要把垃圾直接压实，这样就形成了平坦的垃圾面，便于覆盖及有关运行。为达到这个目的，至少要保证每日的覆盖厚度不小于15cm 。在填埋区扩展延伸时，顶部和斜坡也要覆盖，以防止垃圾到处飞扬 6。一般情况下，每个作业面在一天工作结束时都应及时覆盖。中间覆盖常用于填埋场的部分区域需要长期维持开放(2年以上)的特殊情说，它的作用有：将可以防止填埋气体的无序排放；防止雨水下渗；将层面上的降雨排出填埋场外等。中间覆盖要求覆盖材料的渗透性能较差。一般选用粘土等进行中间覆盖，覆盖厚度为30cm 左右 6。终场覆盖是填埋场运行的最后阶段，也是最关键的阶段 10，其功能包括：减少雨水和其它外来水渗入填埋场内；控制填埋场气体从填埋场上部释放；抑制病原菌的繁殖；避免地表径流水的污染，避免垃圾的扩散；避免垃圾与人和动物的直接接触；提供一个可以进行景观美化的表面；便于填埋土地的再利用等。终场覆盖同样要求覆盖材料的渗透性能较差，一般低于10 -7cm/s11。填埋场覆盖材料的用量与垃圾填埋量的关系一般为 l：4或 l：3(其中日覆盖一般按填埋垃圾总体积的12-15%计算)，按照这个比例以及全国每年生活垃圾的产量来计算，那么填埋场覆盖材料的需求量将非常巨大 6。随着城市开发建设的进行，粘土作为天然资源来源变得比较困难，同时用粘土作填埋场覆盖材料将占用大量库容，这些因素均增加资源、经济的投入，并将加剧生态破坏。污泥作填埋场覆盖材料需要考虑如下一些主要因素：污泥的含水率，渗透系数，岩土性质和有机质。这些方面主要是基于作覆盖材料时所要考虑的土力学性质，固体含量，以及安全卫生等，为解决这些问题需要对污泥进行改性研究，从而使污泥达到覆盖材料要求。生活垃圾填埋场日覆盖材料应该满足的主要技术指标有以下几点：承压能力良好，能保证在推铺和压实过程中推土机和压实机可以正常工作而不陷落；一定的密实度和重度，覆盖于垃圾体上之后能避免垃圾飞扬；能降低垃圾的臭度，同时自身基本无臭度，同没有日覆盖前相比，能有效降低填埋场的蝇密度；覆盖材料不会给垃圾填埋场的渗滤液带来额外的负荷 6。将污泥作为日覆盖材料首先需要考虑的就是如何降低污泥的含水率，满足作为一般填埋物得要求，以提高污泥的抗剪强度。所需要解决的技术关键主要在于三个方面：一为安全性的保证，二为卫生条件的实现，三为不增加垃圾填埋场渗滤液的额外的负荷。安全性的保证指的是保证污泥推铺和压实过程中填埋场的作业机械可以正常工作而不陷落。卫生条件的实现是指通过对污泥进行一定的改性处理，加上一定的稳定化手段，能降低污泥的臭度，同时掩盖填埋单元的臭气。第三个条件的实现是指通过对污泥的改性处理，使其渗滤液中污染物的含量不会增加垃圾填埋场渗滤液中污染物的浓度。在本实验中，拟通过以钢渣作为主要材料，添加石灰、飞灰、粉煤灰、氟石膏、二水石膏其中之一，按照不同比例制备污泥改性剂，来改性污泥，力求将污泥改性为合格的填埋场日覆盖材料。1.5 日覆盖材料相关标准本文日覆盖材料标准主要参考城镇污水处理厂污泥处置 污泥泥质 （CJ/T 249-2007） 。混合填埋的基本指标中污泥含水率要求60%，pH在5到10之间，混合比例8%，其中 pH值标不限定采用亲水性材料（如石灰等）与污泥混合以降低其含水率措施。用作垃圾填埋场覆盖土的污泥基本指标为：含水率小于45%,横向剪切强度大于25kN/m 2 12。上海市污水污泥处理处置指南与管理政策中要求在污泥中掺入泥土或矿化垃圾时应保证混合充分，堆置时间不小于4d，以保证混合材料的承载能力大于50kPa，日覆盖材料渗透系数小于10 -4cm/s 6。根据德国的有关标准，污泥填埋时，一般要求污泥的十字板抗剪强度不小于25kN/m2，无侧限抗压强度不小于50kN/m 2，污泥经过常规脱水后含固率一般在20%-30%之间，十字板抗剪强度一般低于10kN/m 2，不 能满足填埋的最低要求。故污泥需经过改性以后方可