污泥土地利用现状分析及应注意的问题研究
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摘要：分析了国内外污水处理厂污泥处置的现状和污泥土地利用的处理方法,从保证农业可持续发展的目的出发,提出了污泥土地利用存在的问题和应采取的措施,为城镇污水处理厂污泥全过程管理和资源化土地利用提供合理化建议。
关键词：污水处理厂；污泥；处理；土地利用
收稿日期：2012-02-01
作者简介：齐 刚（1965―），男，黑龙江宝清人,硕士，高级工程师，主要从事环境监测管理与研究工作。
中图分类号：X53
文献标识码：A
文章编号：1674-9944(2012)02-0112-03
1 引言
据环保部统计,2010年底全国污泥产生量达到了3 000万t(含水率80%),已成为威胁我国城镇环境的污染源之一。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或农业利用,分别占污泥量处置的31%和44.8%。根据环境保护部的有关规划,未来10年是我国污水处理的“黄金时期”,将建成上千座污水处理厂。每座污水处理厂每年排放的污泥量成千上万吨,这些巨大数量的污泥将成为城镇未来急需处理的难题。据发改委的数据,城镇污水和垃圾处理设施建设极大地推动了环保产业发展。到2010年,我国生活污水和垃圾处理领域年销售收入10亿元以上的企业达到20余家。一些专家认为,随着我国污水处理“重水轻泥”格局的改变,污水处理厂配备污泥处理设施,“水”、“泥”同步并行处理,这必将给污泥处理行业带来巨大的商机,使污泥处理设施有望继污水之后,成为环保产业新的经济增长点。
在政策法规方面,2000年建设部、环保总局了《城市污水处理及污染防治技术政策》,明确提出来要采用厌氧和好氧、堆肥的方式处理污泥,同时规模在10万t以上的要采用氧化沟、SBR(序批式活性污泥法)工艺,以减少污泥产量。2009年,建设部、环保部及科技部了《城镇污水处理厂污泥处理处置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。2010年11月,环境保护部下发《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》,要求加快污泥处理设施建设。通知明确要求,污水处理厂新建、改建和扩建时,污泥处理设施应当与污水处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。不具备污泥处理能力的现有污水处理厂,应当在本通知之日起两年内建成并运行污泥处理设施。
欧盟在污泥泥质符合公众健康和环境保护要求的前提下,鼓励对污泥进行土地利用。大部分欧盟国家的污泥允许最大用量约为5t干污泥/(hm2•年),通常用于农田的污泥不超过2~3t/(hm2•年)。英国、丹麦 鼓励污泥农用,以保护磷及其他矿物资源在自然界的存在。同时污泥中的污染物如重金属、有机物和药物沉积物等被严格立法加以限制。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。
2 污泥农用处理技术
未经稳定处理的污泥,因有机物含量高,极易腐败并产生恶臭,尤其是初沉淀池的污泥,含有大量病菌、寄生虫卵及病毒,易造成传染病的传播。不加处理任意排放或土地利用,污泥中重金属含量超过《农用污泥中污染物控制标准》,引起的二次污染问题是不容忽视。污泥处理处置的目的实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化。污泥土地利用主要包括农业利用、土地改良和园林绿化等。在《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》中指出:污泥以园林绿化、农业利用为处置方式时,鼓励采用厌氧消化或高温好氧发酵(堆肥)等方式处理污泥。鼓励城镇污水处理厂采用污泥厌氧消化工艺,产生的沼气应综合利用；厌氧消化后污泥在园林绿化、农业利用前,还应按要求进行无害化处理。高温好氧发酵处理污泥,鼓励利用剪枝、落叶等园林废弃物和砻糠、谷壳、秸秆等农业废弃物作为高温好氧发酵添加的辅助填充料,污泥处理过程中要防止臭气污染。污泥必须经过消化、堆肥等生物处理后方可作为土地利用。
2.1 污泥消化技术
消化污泥(digestedsludge)是污泥干化、堆肥的前处理过程,指在有氧或无氧情况下,在微生物作用下达到的较稳定污泥。消化污泥分为污泥耗氧消化和污泥厌氧消化。厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应,分解污泥中有机物质的一种污泥处理工艺。厌氧消化是使污泥实现减量化、稳定化、无害化和资源化的主要环节。有机物被厌氧消化分解,有利于减量化处理,可使污泥稳定化,使之不易腐败。通过厌氧消化,大部分病原菌或蛔虫卵作为有机物被分解,使污泥无害化。随着污泥被稳定化,将产生大量高热值的沼气,作为能源利用,使污泥资源化。另外,污泥经消化以后,其中的部分有机氮转化成了氨氮,提高了污泥的肥效。污泥的减量化虽然主要借浓缩和脱水,但有机物被厌氧分解,转化成沼气,这本身也是一种减量过程。污泥经消化后脱水,能有效地杀死污泥中的病原菌,缩小污泥容积,易于脱水。污泥中含有较高有机物,可用于制肥。污泥厌氧消化和沼气利用装置费用,约占污水处理厂投资和运行费的30%左右,而且大多需进口技术和设备。
好氧消化污泥与活性污泥法极为相似。污泥耗氧消化是以有氧的环境下氧化污泥中的有机物质,并且减少污泥的质量和体积。只要微生物生存环境温度、pH值维持稳定并无毒性物质干扰,系统便能自我维持。当外来营养被消耗完以后,微生物靠消耗自己的机体来产生能量以维持生命活动。这就是微生物的内源代谢阶段。细胞组织在好氧条件下的内源代谢产物为CO2、H2O、NH3,而NH3会在有氧条件下进一步氧化为硝酸盐。此法降解程度高,无臭稳定,易脱水,运行管理简单,基建费用低,但须充氧运行费用高。
2.2 污泥堆肥技术
污泥高温好氧发酵处理俗称堆肥,是在好氧环境下利用微生物进行好氧发酵的过程,使得有机物转化成类腐殖质,污泥经高温好氧发酵过程产生的高温会杀灭致病菌,得到稳定堆肥产物。因含有丰富的有机质、氮、磷、钾等营养物质和微量元素,在其有毒有害物质含量满足国家相关标准的情况下,对农业、园林绿化和土壤改良是有益的,堆肥产物的土地利用是国外普遍采用的处置方式,也是我国《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》鼓励的处置方式；在其有毒有害物质含量不满足国家相关标准的情况下,发酵产物因具有良好的吸附性和低含水率,也是垃圾填埋场良好的覆盖材料。与堆肥与污泥焚烧、热干化等其他处理技术相比,具有低碳、节能、投资省、运行费用低等优点,因此适用于以土地利用和填埋为处置方式的污泥处理,也可以作为污泥半干化的手段。
污泥高温好氧发酵原理简单,一般是将粉碎好的污泥和辅料混合,通风供氧常采用强制通风加定期翻堆来完成。首先污泥发酵前要将成团污泥进行破碎,要求粉碎后的污泥颗粒径不大于2cm,以使发酵彻底,无黑心现象,这是发酵成功的关键；其次是与辅料充分混合,增加物料比表面积,提高氧利用效率,实现均匀发酵。发酵不均匀带来的后果就是发酵物不能够实现完全腐熟、或者局部黑心、有恶臭。普通发酵技术因空气流短路,难以做到供气均匀,也就难于保证发酵均匀。采用膜式高温好氧发酵,可以实现低超高压发酵,能够保证空气流的均匀。功能膜是特殊材料制成的,只允许水蒸气和CO2从发酵体中出来,臭气、病毒、气溶胶等均不能够穿过,国外文献报道对臭气、病毒、气溶胶的隔离率高达98%以上,这是好氧发酵技术的重大突破。对于多个污水处理厂的城市,膜式好氧发酵技术适用于分散处理,有利于好泥好用。堆肥制品无害化卫生标准应符合GB7959的规定。
2.3 研制颗粒有机复合肥
按我国目前的经济条件,对多数污水厂(特别是大量小型污水厂)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,没有经过造粒的堆肥不宜保存,在不需要泥肥季节,污水厂会泥满为患影响正常运行。利用堆肥污泥中的有机物和颗粒为载体,按N、P、K的比例为1∶0.9∶0.4添加一定数量的氮、磷、钾做成复合肥,也可以根据施用地域土质选择合理的氮、磷、钾配比,并直接造粒制成颗粒状机复合肥料,便于运输和贮存。颗粒状机复合肥施用农田时有别于普通的化肥,由于污泥颗粒载体对氮、磷、钾的吸附作用,营养元素缓慢释放有利农作物吸收和利用,同时减少了雨季氮、磷随着地表径流对地表水体的面源污染；使污泥资源化再利用,变废为宝,使农作物增产增收。
(1)污泥含有丰富的有机质和氮、磷、钾等元素,理论上讲是一种较好的肥料。但污水处理厂排出的污泥基本上是一种“流体质”,又因为富含油脂类,其水分蒸发和下渗都十分缓慢,自然风干的时间漫长,堆积发酵的效益低；由于消化装置工艺复杂,建设费用投资大,消化池的管线较多、管理复杂,运行费用高,由于条件限制运行有难度。从调查已建消化池的实际运行看,只有少数达到预期的效果。有管理、设计问题,亦有沼气利用的经济性和安全性问题。
(2)腐熟是指污泥经过微生物作用后,其中的有机物腐化分解成为稳定成分,而且施用于土壤后能改善土壤理化性质、增加农作物产量。如果污泥堆肥后的腐熟程度不够,其C/N比偏高(C/N≥30),堆肥施用土壤后,有机质仍继续分解,产生热量会使作物出现“烧根”现象；同时N、P等营养成分会被微生物首先利用,不能成为农作物的营养。相反,过熟的堆肥C/N比偏低(C/N≤10),在土壤中大量施用时,农作物有可能因氮素过多而受害。腐熟程度适中的污泥堆肥外观呈现疏松的黑褐色团粒结构,形状均匀,手感松软,不再有令人讨厌的臭味,不会吸引蚊蝇。
(3)污泥土地利用处置不当,就会产生二次污染,形成新的公害。《高温堆肥的卫生评价标准》(GB7959-87)对堆肥产品的各种评价指标作出了规定:污泥的稳定并不等于污泥无害。污泥农用时,污泥必须进行稳定化和无害化处理,符合《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284),并能达到地方现行的有关农用标准和规定污泥农用应严格控制施用量和施用期限。污泥衍生产品应通过场地适用性环境影响评价和环境风险评估,并经有关部门审批后方可实施。污泥用于园林绿化时,泥质应满足《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》(CJ248)的规定和有关标准要求,根据不同地域的土质和植物习性等,确定合理的施用范围、施用量、施用方法和施用时间。
(4)污泥土地利用时,应严格控制污水厂污泥的有毒、有害物质及病原微生物,使其达到国家标准。应该特别注意污泥中重金属的含量,重金属是限制土地利用的主要因素之一。根据其土壤背景值等情况,严格按照计算得到的污泥施用量进行施用；一般来说某块土地使用污泥数量有一定限度,当达到这一限度时,污泥的土地利用就应停止一段时间后再继续进行；污泥土地利用应在安全施用量之下控制使用,同时整个利用区应建立的使用、监管机制理。
(5)对污泥土地利用全过程进行监督和管理。从源头上严格控制污泥中的重金属和有毒有害物质。工业废水必须按规定在企业内进行预处理,去除重金属和其他有毒有害物质,达到国家、地方或者行业规定的排放标准；污泥土地利用单位应委托具有相关资质的第三方机构,定期对污泥衍生产品土地利用后的环境质量状况变化进行评价,关注施用区域内的土壤、地下水、地表水、植物等相关因子的状态和变化,并根据发生的变化作出相应的调整；制定污泥土地利用规划,污泥土地利用规划应符合城乡规划,并结合当地实际与环境卫生、园林绿化、农田施用等相关专业规划相协调,使得污泥的土地利用更加安全有效,促进农业的可持续发展。
参考文献：
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Potential Risks and Suggestions of Land Application of Sewage Sludge
Qi Gang
（Baotou Dasen environmental industry Co.Ltd.,Baotou 010051,China）
Abstract: This paper gives a brief introduction to the status quo of wastewater treatment plants and their methods of land application of sewage sludge at home and abroad.Starting from the aim and request of the sustainable agricultural development,the paper puts forward valuable suggestions for the source reduction,process control of urban wastewater treatment plants and resource utilization of sewage sludge treatment and disposal.
Key words: urban wastewater treatment plants;sewage sludge;treatment;land application