1、1河道底泥的处理处置途径分析景长勇 霍保全(中国环境管理干部学院,河北秦皇岛 066004)摘要:主要介绍了河道底泥的主要成分和特征,阐明了河道底对水体水质的危害,并对河道底泥的处理处置途径进行了阐述和研究,指出了河道底泥资源化处置的方向和存在的问题。关键词:河道底泥,处理处置,资源化河道底泥是城市市政排水系统的副产品,主要来源于城市排水系统,包括排水管道、泵站和污水处理厂。一般地,以无机物为主要成分的称为“沉渣” ,呈大颗粒,易脱水,不腐化且流动性差。以有机物为主要成分的称为“污泥” , 如污水处理厂的剩余污泥等。根据不同的处理方法和稳定化程度,污泥还可分为生物泥、熟污泥、化学污泥等。不同种
2、类的污泥,其性状特点有着较大的差异,采取的最终处理处置措施也应具有针对性。1河道底泥的组成和性状特点污泥成分对处理方案的选择具有重要意义,一般以下指标是确定污泥性质的主要依据:含水率、有机物和无机物在干物质中的含量、无机物与惰性成分、挥发性成分(如氯等)的百分比、金属等重污染物的浓度。1.1 含水率污泥颗粒中水有不同的相性,包括可经重力沉淀和机械作用去除的自由水、必须通过较复杂或需要较高的能量(如加热、焚烧等)才能去除的物理性结合水、间隙水、胶态表面吸附水、化学性结合水、生物细胞内的水和分子水等。水分在污泥中的存在形式与含量,直接影响具有重要减量化处理效果的污泥工艺的选择。市政污泥的亲水性较污
3、水处理厂污泥低,相当部分的水分以自由间隙水的形式存在于污泥中,易于在机械脱水过程中去除,但由于无机砂含量较高,对脱水机械的磨损也较为严重。1.2 有机物和无机物在干物质中的含量污水经生物处理产生的污水污泥中很大一部分是微生物团,因污泥成分不同,未消化的市政污水污泥的有机物含量约占干物质的 60%75%,高效厌氧消化处理后可降至 38%左右,其中有机硝酸盐构成污泥中的有机物有效成分,当施用到土壤,硝酸盐经生物降解可改善土壤。在污水处理过程中,细菌及大部分寄生生物在初级和二级沉淀中沉积下来,并与污泥混合,病毒则吸附在污水中的颗粒上,再随颗粒的沉淀沉积在污泥中。大肠菌、大肠粪菌、粪链球菌由哺乳动物直
4、肠正常排出,它们的数量在污水和污泥中均保持恒定。相对应的,各种病原菌如沙门氏菌、痢疾菌、肠道病毒(例如脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、肝炎病毒、轮状病毒等)和寄生生物(例如蛔虫、鞭虫、阿米巴虫等)在污水污泥中的比率同当地传染病的流行有关。市政污泥虽然有机物含量仅接近消化污泥的水平,但仍具有污染环境的能力,必须进一步处理并安全利用或消纳。1.3 无机物与惰性成分污泥中的无机物或矿物质主要由下列物质组成:矿物盐(硝酸盐、亚硝酸盐、氨盐等) 、石灰(干 CaO 或含水的 Ca(OH)2 等) 、砂(SiO2) 和灰分。在污水处理厂中,生物处理的细菌种类并不影响污水和污泥中的矿物质成分。惰性成分来源于污水
5、中的沙粒、灰分和盐分等。1.4 挥发性成分2污泥中的挥发性成分如高浓度氯可导致污泥处理设备的腐蚀,而且腐蚀也会妨碍污泥作为燃料的应用。1.5 金属等重污染物的浓度重金属的存在妨碍污水污泥在农业方面的应用,1984 年 5 月 18 日国家建设部发布并于 1985 年 3 月 1 日实施了农用污泥中污染物控制标准 ,该标准主要为贯彻中华人民共和国环境保护法(试行) 、防治农用污泥对土壤、农作物、地面水、地下水的污染而制订,对污泥中金属的含量提出了严格的要求。一般城市污水由生活污水和工业污水两部分组成,且工业污水所占比例较高(大于 40) ,历年监测结果表明,个别重金属含量指标超标的现象经常发生。
6、2.河道底泥的处理处置技术分析2.1 河道底泥处理处置的目的针对河 道 底 泥 的处理与管理而言,其主要目的在于:(1)减量化所谓减量化是指减少最终处理(处置)污泥的容积。污泥一般由比较松散的小块组成,含水率较高,故污水污泥的容积可达其所含固体容积的许多倍,减量化处理可为污泥最终处理(处置)减少技术上的困难和经济上的压力。(2)无害化如前所述,由于污水污泥含有的大量污染物,必须通过无害化处理避免其造成二次污染并使最终产品的卫生学指标达到要求。(3)资源化污水污泥富含营养物质,有的还具有较高的热值,具备一定的资源化利用的条件,但在制定污水污泥管理策略时,必须充分注意到污泥的资源化和再利用价值只能
7、作为确定处理工艺时附加考虑的因素,即必须首先满足无害化、减量化的目的,才能在安全规范的前提下制定再利用的方案。2.2 河 道 底 泥 处 理 处 置 常 见 技 术 介 绍2.2.1 传 统 处 理 技 术由 于 城 市 污 水 处 理 厂 的 普 及 率 快 速 提 高 , 针 对 污 水 处 理 厂 污 水 污 泥 的 传 统处 理 技 术 发 展 较 为 完 整 、 成 熟 , 主 要 工 艺 包 括 : 浓 缩 、 消 化 、 自 然 干 化 、 机 械脱 水 、 消 毒 等 , 主 要 依 据 污 水 处 理 工 艺 技 术 特 点 和 预 测 的 污 水 污 泥 泥 质 特 性 加
8、以 选 择 确 定 。污 泥 浓 缩 的 主 要 方 式 有 重 力 浓 缩 、 气 浮 浓 缩 、 离 心 浓 缩 。 通 过 浓 缩 一 般 可使 污 泥 体 积 减 少 50% 70%, 使 后 续 处 理 的 规 模 、 能 耗 大 幅 度 降 低 并 为 之 创 造 条件 。污 水 污 泥 的 消 化 处 理 是 污 泥 稳 定 化 的 过 程 , 可 分 为 好 氧 消 化 和 厌 氧 消 化 ,工 程 上 一 般 采 用 厌 氧 中 温 消 化 , 厌 氧 消 化 过 程 中 产 生 的 沼 气 可 通 过 集 中 收 集 后加 以 利 用 , 通 过 消 化 过 程 , 污 泥
9、 中 的 有 机 物 含 量 可 降 低 至 40%左 右 , 达 到 初 步稳 定 化 效 果 。 值 得 指 出 的 是 , 经 污 水 处 理 厂 消 化 ( 稳 定 化 ) 处 理 后 的 污 泥 , 仍未 失 去 其 较 强 的 污 染 环 境 的 能 力 , 而 脱 水 污 泥 的 排 放 问 题 一 直 困 扰 着 污 水 处 理厂 的 管 理 者 们 , 因 此 污 泥 的 后 处 置 技 术 的 发 展 和 应 用 不 仅 是 必 要 的 也 是 必 须 的 。污 泥 自 然 干 化 的 目 的 在 于 进 一 步 降 低 污 水 污 泥 的 含 水 率 , 从 而 减 小
10、其 体 积 。污 泥 自 然 干 化 过 程 的 完 成 一 般 在 污 泥 干 化 场 内 , 根 据 泥 质 的 不 同 , 干 化 机 理 可分 为 渗 滤 作 用 、 蒸 发 或 撇 除 。 污 泥 干 化 场 占 地 面 积 较 大 , 受 环 境 气 候 条 件 影 响3严 重 , 而 且 操 作 卫 生 条 件 恶 劣 , 目 前 已 基 本 被 淘 汰 。污 泥 机 械 脱 水 前 一 般 需 要 进 行 预 处 理 , 主 要 目 的 在 于 提 高 其 脱 水 性 能 , 降低 运 行 成 本 。 预 处 理 主 要 方 法 有 化 学 调 理 法 、 热 处 理 法 、
11、冷 冻 法 及 淘 洗 法 等 。一 般 采 用 投 加 絮 凝 剂 的 化 学 调 理 法 。 脱 水 机 械 设 备 依 据 不 同 的 脱 水 原 理 一 般 有带 式 压 滤 机 、 真 空 过 滤 机 、 离 心 脱 水 机 、 螺 压 脱 水 机 等 。 目 前 工 程 上 应 用 较 多的 为 带 式 脱 水 机 和 离 心 脱 水 机 。2.2.2 卫 生 填 埋 处 置 技 术污 泥 卫 生 填 埋 处 置 场 中 污 泥 的 处 置 工 艺 采 用 卫 生 填 埋 技 术 , 即 在 利 用 自 然界 代 谢 功 能 的 同 时 , 通 过 工 程 手 段 和 环 保 措
12、施 , 使 污 泥 得 到 安 全 的 消 纳 并 逐 步达 到 充 分 稳 定 无 害 的 污 泥 处 置 效 果 , 主 要 借 鉴 城 市 生 活 垃 圾 卫 生 填 埋 场 的 工 程经 验 进 行 建 设 。污 泥 卫 生 填 埋 方 式 基 本 属 于 厌 氧 性 填 埋 , 仅 在 初 期 填 埋 污 泥 表 层 及 填 埋 区内 排 水 排 气 管 路 附 近 由 于 空 气 的 接 触 扩 散 形 成 局 部 的 准 好 氧 填 埋 方 式 。 虽 然 污泥 在 污 水 处 理 厂 中 经 过 了 厌 氧 中 温 消 化 处 理 , 但 由 于 这 一 过 程 没 有 达 到
13、 完 全 的降 解 ( 进 入 填 埋 区 的 污 泥 有 机 物 含 量 仍 在 40%左 右 ) , 因 此 , 污 泥 在 填 埋 过 程中 依 然 存 在 着 一 个 稳 定 化 降 解 过 程 。填 埋 污 泥 降 解 的 主 要 方 式 为 厌 氧 分 解 , 一 般 要 经 历 由 专 性 厌 氧 菌 和 兼 性 厌氧 菌 共 同 发 挥 作 用 的 水 解 酸 化 阶 段 和 由 产 甲 烷 菌 起 主 导 作 用 的 产 甲 烷 阶 段 , 最终 污 泥 中 的 可 降 解 的 有 机 质 被 分 解 为 稳 定 的 矿 化 物 或 简 单 的 无 机 物 , 并 释 放 出
14、包 括 CO2 和 CH4 在 内 的 填 埋 气 体 , 从 而 完 成 污 泥 的 稳 定 化 过 程 。 填 埋 污 泥 彻 底 的稳 定 化 是 一 个 漫 长 的 过 程 , 一 般 需 十 几 年 , 甚 至 几 十 年 , 但 厌 氧 降 解 的 主 体 过程 一 般 发 生 在 填 埋 最 初 的 几 年 中 。填 埋 体 中 有 机 物 的 厌 氧 降 解 受 多 方 面 因 素 的 影 响 。 对 于 污 水 处 理 厂 消 化 污泥 在 填 埋 过 程 中 的 情 况 而 言 , 具 有 如 下 特 点 : 污 泥 富 含 大 量 微 生 物 和 各 种 微生 物 菌 种
15、 , 有 机 物 的 降 解 比 较 完 全 ; 污 泥 中 含 有 的 N、 P 等 物 质 为 有 机 物 的降 解 提 供 营 养 ; 污 泥 较 高 的 含 水 率 为 微 生 物 的 生 命 活 动 创 造 了 有 利 的 条 件 ; 由 于 污 泥 堆 体 稳 定 性 的 需 要 覆 盖 土 层 较 厚 , 特 别 是 由 于 污 泥 自 身 高 粘 度 性 状的 影 响 , 对 厌 氧 降 解 过 程 起 到 了 一 定 的 抑 制 作 用 ; 由 于 经 历 过 污 水 处 理 厂的 中 温 厌 氧 消 化 过 程 , 填 埋 污 泥 中 易 降 解 物 质 量 较 少 , 一
16、 般 不 会 出 现 明 显 的 快速 降 解 过 程 , 可 不 考 虑 由 于 甲 烷 气 体 的 过 量 集 聚 造 成 的 危 害 , 因 此 可 对 填 埋 气体 采 取 自 然 排 逸 的 方 式 ; 污 泥 中 重 金 属 离 子 的 存 在 对 降 解 过 程 也 会 产 生 一 定的 抑 制 影 响 。2.2.3 海 洋 投 弃投 海 , 由 于 深 海 投 弃 管 道 设 备 需 一 定 投 资 , 且 世 界 各 国 对 海 洋 环 境 日 益 关注 而 纷 纷 立 法 禁 止 , 因 而 近 年 来 基 本 不 再 采 用 。2.2.4 堆 肥 处 理 技 术堆肥化,即
17、土地利用法,是利用自然界广泛存在的微生物,有控制地促进固体废物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。污泥中含有丰富的有机物和 N、P、K 等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素 Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等,施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长。1933 年在丹麦出现的丹诺(DANO)发酵器标志着污泥连续性机械化发酵工艺的开端,利用迴转仓完成中温、高温发酵过程,高效、防臭,成品质量高,在美国、日本、欧洲广为采用。目前世界各国采用的方法有:自然堆肥法,圆柱形分格封闭堆肥法,滚筒堆肥法,竖立式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工艺,这些方法都在不断发4展和完善。
18、污泥的土地利用能耗低,是一种符合我国国情的安全积极的污泥处置方式,土地利用将是一个主要的发展方向。但是,污泥中也含大量病原菌、寄生虫(卵) ,以及铜、铝、锌、铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性元素等难降解的有毒有害物。一般来说,污泥要作土地处置必须经无毒无害化处理后(一般采用高温堆肥) ,才能作土地利用,否则,污泥中的有毒有害物会导致土壤或水体污染。2.2.5 热干化与焚烧处理技术污泥的干式热处理,包括污泥干化、焚烧、熔融三种方式。污泥的干化处理,是指通过直接或间接加热方式,进行低温热处理,使污泥脱水、减容,同时泥性趋于稳定化。早在 20 世纪 40 年代,日本和欧美就已经用直接加热鼓式
19、干燥器来干燥污泥。经过几十年的发展,污染干化技术的优点正逐渐显现出来:污泥显著减容,体积可减少 45 倍;形成颗粒或粉状稳定产品,污泥性状大大改善;产品无臭且无病原体,减轻了污泥有关的负面效应,使处理后的污泥更易被接受;产品具有多种用途,如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用,污泥干化都往往是重要的第一步,这使污泥干化在整个污泥管理体系中扮演越来越重要的角色。20 世纪 90 年代以来,运用污泥干化技术处理城市污泥得到迅速发展。 焚烧是将污泥作为固体燃料投入焚化炉中,使其与氧发生剧烈的化学反应,释放出能量并转化为高温的燃烧气和少量性质稳定的固定残渣。最早的固体废
20、物焚烧装置是 1974 年建于英国的间歇式固定床垃圾焚烧炉。目前应用最广的焚烧设备是流化床焚烧炉,已成为集各种高新技术于一身的现代工业化装置。通过焚烧可使污泥达到最大程度的减容,从而减轻后续处置过程对环境的影响。焚烧过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭、有毒有害的有机残余物被氧化分解。焚烧处理效率高,占地面积小,适于土地资源紧张的大中城市采用。燃烧气可作为热能回收利用,焚烧灰可用作生产水泥、砖、陶粒等的原料,使重金属被固定在建筑材料中而避免其重新进入环境。不足之处在于一次性投资大,资金占用时间长,能耗和运行维护费用高,且其焚烧过程中会产生二恶英等空气污染物,因而在一定程度上制约其在国内的发展。
21、熔融,亦称玻璃化处理,与焚烧最大的不同点是所燃烧温度与产生底灰不一样。熔融的燃烧温度高达摄氏 1800 至 2400 度,焚化炉的温度即便在二次燃烧室也仅有摄氏 16001800 度;而熔融燃烧后的灰渣可回收制造路基,焚化炉底灰利用则相对较为困难。因此在日本的都市污泥许多采用熔融方式处置,已经有取代焚化炉趋势。 2.2.6 其他处理技术近年来,污泥的工业化利用,尤其是建筑材料的资源化利用,具有显著的优势:河道底泥经过采用低温煅烧就可成为使用价值非常高的建筑材料;其中含有一定可燃物质,用于烧结建筑材料有显著的节能效果;固体废料的建材资源化往往不需进行大的固定资产投资,而经济效益非常显著;选取适当
22、的利用途径,可能实现清淤底泥不脱水直接利用,解决脱水、运输中的难题,并成功地把污泥处理处置费用转移到有用的产品生产上来,消除了因无资金保障而使污泥处置停顿的风险。3.底泥资源化途径目前污泥回用在世界各国均处于试验性发展阶段。国内外学者进行的污泥资源性回用研究大多局限于净水厂、污水厂污泥,且大多局限于农用和堆肥,建材回用5方面研究较多的是污泥焚烧灰的利用。河道底泥即使在科技相当发达的美国,也没有得到充分利用。其连年对五大湖区进行疏浚,产生了大量的底泥,最终处置也仅仅是土地回用(未污染部分) ,或卫生填埋(受污染部分) 。以下是一些国内外研究的相关成果。3.1 国外研究概况及水平a.日本利用下水道
23、污泥制沥青-中国建材报 2003.01.21b.日本横滨利用下水道污泥焚烧灰制生态水泥c.Sewage sludge ash characteristics and its potential applications 下水污泥焚烧灰特性及其潜在应用途径d.Reuse of water treatment plant sludge and dam sediment in brick-making 净水厂污泥及大坝沉积物制砖e.Reuse of industrial sludge as construction aggregate 工业污泥回用于建材集料f.日本采用熔融方法处理污泥,污泥经脱水成
24、污泥饼,与百分之五十五焚化炉灰渣磨碎混合后,再以水泥加水固化,即可造成高附加值之骨料,作为填海造地的资源。 。 3.2 国内研究概况及水平a.含重金属电镀污泥的利用与处置-清华大学b.污泥制砖-台湾c.制革污泥制砌块探索-南京d.滇池污水处理厂污泥生产轻型建材-中国建材商务网e.利用水泥窑处置污水处理厂污泥-上海新型建材研究发展中心。上海新型建材研究开发中心于 1999.12 完成“利用水泥窑处置污水处理厂污泥的技术研究”课题,该课题利用湿法水泥厂或湿磨干烧水泥厂的生产线处理污水处理厂污泥,首先在污泥厂污泥中掺入生石灰,去除有毒气味,然后,从污泥驳入淘泥机开始,采用用水或焦化厂黑液拌和稀释、用
25、泵输送,使污泥基本处于封闭状态,直至送入水泥窑。既不污染厂内环境,也不直接对人体产生不良影响。项目通过小试、研究、测试、中试,已完成了研究计划目标。其中中试利用污水处理厂污泥 510 吨(含水率75%)生产水泥 4170 吨,用污泥生产的水泥质量符合国家标准,所排放的废气达到国家标准。3.3 河道底泥资源化存在的问题由于河流河段不同,污染源差异较大,因此底泥的污染程度和成分也有一定的区别,所以应加强对河流河段底泥成分和污染程度的相关性研究,以确保在资源化过程中取得最优配方;此外,还应加强产品的成本分析,推进底泥产品的产业化进程,不仅要实现底泥的资源化,还要产生一定的经济效益,达到循环经济的要求
26、。因此,底泥资源化,不仅能够达到河道污泥减量化、无害化、稳定化的目的,基本避免二次污染,还可变废为宝,获取经济效益,具有着其它方法所不具备的优势。同时,也只有建材行业才能及时消纳数量如此之大的以无机物为主要成分的河道底泥,从而保证清淤工程的顺利进行。4.结语排污河道底泥本身的特性,决定了其以建材资源化途径为处置方案的优越性。污泥回用于建材,能够彻底达到污泥稳定化、无害化,不但可以消纳污泥,保护自然资源,利废增效,节约耕地,同时还能完善建筑材料的革新。国家为保护耕地,6采取的禁止使用实心黏土砖的政策,更为利用河道底泥生产环保砖提供了良好的契机。排污河道底泥建材资源化如能得到广泛应用,必将取得明显的社会效益、环境效益和经济效益。作者简介:景长勇:河北 秦皇岛人,中国环境管理干部学院环境工程系 讲师。主要从事环境工程领域的研究 联系电话:03358057468 13333322118 E-mail: 通讯地址:河北省秦皇岛市河北大街西段73号 中国环境管理干部学院环境工程系邮政编码:066004联系人:景长勇