欧盟在污泥利用新旧方法的报告

1、欧盟在污泥利用新旧方法的报告作者 d. fytili, a. zabaniotou塞萨洛尼基亚里士多德犬学，化工系，希腊塞萨洛尼基54124, u.box.4552006年5月4 口收到2006年5月24 口接受摘要：欧盟的个别国家已经在处理市政污水方面取得成绩并且已经成为一个企业 实体。然而，在下一个15年欧盟仍然致力于进一步和实质性的进展。目前，在 欧盟最广泛的使用是农业应用，废物处置场所，土地再利用和地面修复，焚烧以 及其他新颖的方法。一个地方性的选择反映了当地的或国家的，文化的，历史的， 地里的，法律的，政策的以及经济的因素。灵活性程度因人而异。无论如何污泥 的处理与处置都应该做为污水

2、处理的整体部分考虑。对于污泥的其他使用方法有 一个大的范围，这开发了它的能源和化学成分，也就是热处理过程。该文章旨在 讨论污泥处理在过去和将来的趋势，主要集中在热处理过程（例如高温分解，湿 式氧化，气化）和水泥制造中活性污泥的综合利用。关键词：污泥，处理方法，热方法，混凝土，燃料1、简介32、关于污水污泥的欧盟法律33、污泥特性54、污泥中的重金属55、实践中污泥的处理和处置55.1、污泥处理的主要方法55.2、市政污泥的处置策略7521、农业再利用7522、焚烧85.3、污泥处理策略中的限制条件76、热处理回顾116.1、燃烧56.2、湿式氧化56.3、热解564、气化5641、气化过程中产

3、生的气体5642、重金属气化的结果5643、污水污泥中产生的氢56.5、污水污泥在水泥窑中的应用 5651、污水污泥在水泥制作中的综合利用56.5.2、水泥窑用于砂浆生产中污水污泥的利用5653、关于污泥在混凝土中使用的法律和环境问题56.5.4、使用污水污泥过程中重金属的渗滤5655、炉窑使用或不使用污水污泥时重金属的释放尤其是汞排放5656、把污泥做为可替代能源使用过程中的优化52、总结12参考文献131. 简介人们普遍认为社会对环境事件的关注在与日俱增。与此同时，环境事件的 概念已经有了广泛扩大，例如可持续发展，这一概念不仅包括生态方面，还包 括社会责任的内容。对污水污泥的处理是污水管理

4、中最重要的挑战之一。污水污泥被认为是污水处理工程中的残留物产生的,这一工程中液体和固 体会分离。液体部分被排放到水环境中，同吋固体部分用于深度处理和最终处 置。在污水处理中被移除的成分包括沙砾、残渣和污泥。对于污水处理被 移除的成分中，污泥的体积最大，因此它的处理方法和处置技术是需要高度关 注的一件事。如果对于污泥没有一个科学的处置方法，那么水资源保护的实际 概念就会失效。和持续的污泥处理方法也许定义为既满足资源有效循环利用的 需求又不会产生对人类或环境有害物质的一种方法。污水处理工程中产生的污泥堵塞通常是液体或是固态液体；固态液体的质 量浓度约是固体的0.25-12%1由于不同的污水处理方法

5、，固体部分经常在 上述范围内波动。在欧洲，来自于初级，二级甚至是三级处理过程中产牛的污 水污泥人均干重是平均每人每天90g31o除上述之外，2005年城市污水处 理条例(uwwtd) (91/271/eec)的实施导致了污泥产生量增加了 50%,也 就是每年大约会产生一亿顿(2,o上述条例通过处理市政污水旨在提高水环境 质量。与此同时，它排除了不利影响发生的可能性。这一条例的主要意图是鼓 励超过2000 pe的城市实施污水二级处理。上述观点产生这样一个结论:未来 将会有更多污泥产生。它的主要缺点是产生了更多的污泥处理问题。污泥产生的总量在有限的范围内被处理效率所影响，同时污泥质量很大程 度上依

6、赖于处理污泥原来的污泥负荷，也依赖于污水处理工程中的技术和设计特点。2. 关于污水污泥的欧盟法律大量关于污水处理的条例已经被欧盟认可，例如：早在1975年，废物框架条例需要成员国通过鼓励预防和采用环境友好型处置 的方法来管理废物。污水污泥条例86/278/eec旨在鼓励污水污泥在农业上的使用。与此同时，它以这样一种方式规范了它的使用，即任何对土壤、植物、动物和人类有潜在的 有害影响都会被阻止，除非是被注入土壤中的或是与土壤合为一体的另外， 可处理污泥的定义是“那些经历过生物的、化学的或者长期闷热的储存或是其 他恰当过程以致能有效减少发酵性能和对健康危害的污泥”。在1991年危险废物条例为处理这

7、类废物制定了条规。被98/15/ec修改的城市污水处理条例(91/271/eec)在2005年实施，并 对污水制定了更多严格的标准。处理污泥的城市污水处理条例的主要条款 是条款14,它声明“在适当情况下，来自于污水处理的污泥应该得到再利用”。 另外条款14也迫使成员国“确保通过船只丢弃，利用管道处理或是其他方式 使污泥处置到水而的办法都会淘汰”。欧盟制定了一个减少二噁英的目标，从1985年到2000年要减少90%。在2000 年欧盟颁布了一个新条例，这一条例在2005年实施，以限制焚烧过程中二噁 英的释放。欧盟减少最终废物处置的目标是从2000年到2010年减少20%,到2050年减少50%7

8、1o为了达到这一冃标，欧盟起草了关于以下要优先考虑的策略：（3）预防浪费；（b）通过二次利用，循环使用和能源回收的废物回收；（c） 提高处理条件；（d）调节运输。最终，欧洲如下条例的实施是通过把产牛的能量气化的成功实施完成的：关于个人工厂或人为过程释放限制的法律（燃料质量标准限制某些化合物在燃烧中的含量）。排放限制或国家一级的上限。当地的空气质量浓度限制的立法（通常关于本地植物或进程）。国家或欧洲空气质量浓度限制，并强制使阈值级别符合环境背景区域（目标或 标准）o国家经济措施（能量或污染税和费用）。3. 污泥特性污泥，源自污水处理过程，是在初级（物理和/或化学的作用）、二级（生 物作用）和三级

9、（二级之后的脱氮除磷作用）处理过程中产生的残留物。在处 理设施中产生的污泥会因工厂类别和操作方法而异。很明显，为了有效地处理 和处置污水厂排放的污泥，直到被处理污泥的特性至关重要。未经处理和消化 污泥的典型的化学组成和性质报道在中表1 11o它有很多化学成分，包括当考 虑已处理污泥的最终处置时养分时，去除污泥中水分是很重要的。据梅特卡夫 和埃迪"ph水平、碱度和有机酸含量的控制是厌氧消化过程中一个重要的参数。 另外，当污水污泥将焚化或土地填埋时，还需要确定重金属、农药和桂类的含量。最后，当对污泥热处理（气化、热解、燃烧、湿式氧化）时，污泥的热值是很重要的。表1未经处理或消化的污泥典型

10、的化学组成和性质项目/污泥未经处理消化后活性阶段范围典型特 征范围典型特 征总固体物（ts） ,%2. 0-8. 05.06. 0-12. 010.00. 83-1. 16挥发性固体（ts %）60-806530-604059-88油脂和脂肪可溶性瞇63052018可提取性醛7-35512蛋白质（%ts）20-302515-201832-41氮(n, ts %)1.5-42.51. 6-6. 03.02. 4-5. 0磷(p205, %ts)0. 8-2. 81.61. 5-4. 02.52. 8-11.0钾肥(k20, %ts)0-10.40. 0-3. 01.00. 5-0. 7纤维素（%

11、ts）& 0-15. 010.08. 0-15. 010.0铁（不是硫化）2. 0-4. 02.53. 0-8. 04.5硅(sio2, %ts)15. 0-20. 010. 0-20. 0碱度(以cac03计,mg/l3500580-1100有机酸（以hac计,mg/l）200-2000500100-60030001100-1700热值10,000-12, 50011,0004000-60002008000-10, 000ph5. 0-8. 06.06. 5-7. 57.06. 5-& 04. 污泥中的重金属由于活化废水污泥处理时涉及到物理化

12、学过程，所以污泥积累了现有废水中 的重金属元素。重金属如锌（锌）、铜（铜）镰（ni）镉（cd）铅（pb）水银 （汞）和辂（cq是污泥农业用途时主要限制使用重金属元素。其潜在的积累在人 体组织及通过食品链进行生物放大，进而产生人类健康和环境问题血。痕量金属 的牛.物利用度及相关的*态毒性植物，流动性强烈依赖于其特定的化学形式或绑 定的方法2。污水污泥中重金属的浓度可能因污泥广泛的来源而有所不同。典型 金属浓度注明在表2 l9o很多的实验工作是在世界范围内执行，以确定可萃取跟踪评估生物的可用金 属分数和潜在的流动性污泥中受污染淤泥的痕量金属。过去几十年，提出了各种 各样的拟定计划，包括简单的和已经

13、发展的，尽管一些方法已广泛应用12>13,但 是无一能毫无保留地被科学社区接受。虽然可以使用的程序很广泛，但是其结果 是不能比较的，因为他们目前依据的提取方法变化很大网。阿隆索同从五个不同 的市政活性污泥厂的五种不同污泥样本中调查铝、镉、钻、铜、锯、铁、猛、汞、 铝、银、铅、钛、锌的连续提取物。实验是根据社会局参考(bcr)，的计划实施 的。很明显，这种工作的结论是关键的，不仅在整个污泥处理中要跟踪的化学 形态的演变，还是重金属潜在的处置选项。具体的工作记录，在潜在毒性作用, 镉、钻、鋁。由于水平低，相比辂、铜、铅的银和钛是安全高浓度和其元素 毒性需要更严格的研究，以便能预测对污泥中的生

14、物过程的任何可能的有害影响表2典型废水污泥中的金属含量金属干污泥(mg/kg)范围平均值神1.1-23010镉1-3. 4101010-990, 000500钻11.3-249030铜84-17, 000800铁1000-154, 00017, 000铅13-26, 000500猛32-9870260汞0.6-5660.1-2144謀2-530080硒1.7-17.25锡2. 6-32914锌101-49,0001700治疗或重用或最终处置的这些。富恩特斯11四个并行的污泥样品的实验工作的 开展源于不同的污水厂处理，并随后趋于稳定（或不）以不同的方式;厌氧、 上下限，废物稳定塘。这项工作的目的

15、是建立稳定的影响重金属与相关联的每个 阶段的流动性的方法。此外，重金属浓度被确定为酸（磁）-使用混合的酸溶的可 萃取和水溶性分数磁和蒸馆水，分别。应当指出磁提取提供了量的可供植物吸收 的金属的化学评价。结果显示所有四种类型可用于土壤修正案，由于其高有机 物质含量和他们的内容中氮、磷、钾、和浓度的自重金属不过量。但是，不应 使用厌氧消化的污泥作农业用途，因为其高的辂含量。wsp污泥有经历了比其他 类型的更高的成矿作用与稳定显示一个较低的金属可用性索引的污泥。后者解释 的是，所有wsp污泥中重金属都为气化和残余的分数，关联的是最少的移动。相 反，污泥所载的最高水平最容易可同化的分数（生物可用中，重

16、金属的积累可 交换性和可还原）陈荣和卢调查中重金属的化学固定污水厂污泥，包括石灰污 泥（cs）石灰水玻璃处理污泥（lss）水泥污泥（cs）和水泥水玻璃处理污泥（css）使用顺序提取和单一提取。如未经处理污泥的一个参考案例此外 进行了。连续提取透露重的百分比有机地绑定窗体和可交换的形式，所有污泥样 品中的金属价格在铜的顺序。在各类的单一提取，结果进行上面提到的现象由于 不可逆的ph值，建金属（如铜）有在有机物的高亲和性的溶岀度很高ph值（10. 6412. 05）在处理和空气干燥过程中（2025 1c）的这些化学固定污泥。5实践中污泥的处理和处置可用于污泥处理的各种选项列于表3。关于污泥处理，决

17、策者应结合技术、 经济和环境的关系选择最佳的方案。5.1污泥处理的主要方法如上所述，污泥是在废水初级、二级和深度的处理过程中生成。因此，它分 为以下类别：初级、二次和深度的处理过程中产生的污泥。初级污泥中包含原选项目的在污泥处理中的应用不可利用停止使用对环境产牛有 害的和不可逆转的影响的物 质工业排放的有效控制是 使用环保消费产品等，以促进 农业的污泥利用和使用的污 泥产品重复利用减少总量以达到环境容 量和通过使用的复合减少矿 产开釆资源材料的内部再利用（例如 化学沉淀物的再利用）和材料 的外部再利用（例如把含磷物 质作为肥料）改变从一个讨厌的形式到另 一种形式，接受进一步的航空 运输，或水或

18、固体状的物质转 换有机物转化为甲烷气体（作为能量来源进一步利 用），污泥的某些成分可用于 产品回收，污泥堆肥等包含尽可能的包含低浸出残留能力单独遏制有毒物质污泥， 从污泥焚烧中列入或稳定的 骨灰等驱散无负面影响的分散到环 境中污泥在农业使用中有效 地驱散，在污泥焚烧中有效分 散未经处理的烟气水中携带的可处置固体；二次污泥由生物固体和其它沉淀物组成。深度处理的污泥含有有很好抗性的病毒、重金属、含磷或氮的物质【。在欧洲，大型的城市污水处理厂在处理污水之前，城市污泥中的细菌、病毒 和有机污染物必须先去除。下面讲述了这一过程：预处理（筛选、粉碎）；岀生增厚（重力作用、浮力作用、排水、敲击、离心分离）；

19、液态污泥稳定化（厌氧消化、好氧消化、加入石灰）；次生增厚（重力作用、浮力作用、排水、敲击、离心分离）；调节作用（淘洗，化学，热）；脱水作用（板式挤压、带式挤压、离心机、干燥床）；最终处理（堆肥，干燥，添加剂，焚烧，湿式氧化，裂解，消毒）；贮存（液态污泥、干污泥、堆肥、灰烬）；运输（陆路、管道、海洋）；最终目的地（垃圾填埋场、农田/园林、森林、填海土地、陆地建筑物、其他 使用方法）。过程说明污泥消毒常温厌氧消化70°c最少20min或者55°c最少4h,所有情况由厌氧消化决定。 平均停留时间至少12或24天，基本消化温度为35±3或25± 3°c

20、, 一个阶段提供一个平均停留吋间或至少14天。喜温需氧消化7天消化的平均停留时间。对于一段足够成熟的时期而言，污泥 要承受至少55°c的温度，以确保堆肥反应过程大致完成。堆肥化（窗口堆肥必须保持连续5天40°c并且在这一时期有4个小时至少和曝气柱）55°co有一段时期是足以确保堆肥成熟工程完成的。液态污泥的石加入石灰使ph$12并且保证在2个小时内确保ph不小于12.这灰稳定化样污泥就可以直接利用了。液体储存可利用的液态污泥至少可以储存3个刀。脱水作用和存贮14天的贮存，污泥一直受到初级温厌氧消化。表4污泥处置过程的典型例子5. 2市政污泥的处置策略在过去的几十年污泥处置的方法改变了很多。追溯到1998年，市政污泥用 于海洋填埋或是作为农田的肥料使用1。这种选择