上海市污水处理厂污泥处置对策研究.pdf

参考文献 1 张自洁. 排水工程 第四版 . 水京 中国建筑工业出版社, 2000. 2 于尔捷, 张杰. 给水排水工程快速设计手册 2 . 北京 中国建筑工 业出版社, 1996. 作者通讯处 陈宏平 030024 太原理工大学建筑与环境工程学院 给排水教研室 电话 0351 6550210 E -mail Hongpingchyahoo . com. cn 2003- 05-12 收稿 上海市污水处理厂污泥处置对策研究 张树国 吴志超 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 张善发 朱石清 上海水务局, 上海 200040 摘要 近几年上海市水污染控制工程建设发展较快。 根据测算, 到 2020年, 各污水厂年产含水率为 97. 5 的污泥将 达到44 360 m3/ d, 污水厂污泥处置问题日益突出。 在分析上海市污泥处置现状、发展规划的基础上, 结合上海市的地 理及经济特点, 提出了上海市未来污泥处置的发展方向, 提出以土地利用为主, 焚烧、卫生填埋、用作建材等多种处置 途径。 关键词 污水厂污泥 污泥处置 上海 土地利用 1 引言 近年来,上海市水污染控制工程建设取得了丰硕 的成果 ,城市水环境质量得到了很大提高 ,但随着污 水处理设施的完善 ,污水厂污泥处置问题日益突出。 城市污水厂污泥含有大量的有机物 ,丰富的氮 、 磷等 营养物 、 重金属以及各种致病微生物, 污泥处理处置 问题解决不好, 不仅可能造成大范围的二次污染, 还 可能严重影响污水处理设施的正常运行 。在我国城 市污水处理厂中, 传统的污泥处理工艺处理费用较 高,约占污水处理厂总运行费用的 20 ～ 50 , 投 资占污水处理厂总投资的 30 ～ 40 。污泥的处 置是全国许多城市普遍面临的棘手问题 ,应给予高度 的重视。 2 上海市城市污水厂污泥处理处置现状 据上海 市水环境污 染源调查 研究报告 , 2000 年全市污水排放量为 504 万 m 3/d, 其中生活污 水、 工业废水 、禽畜污水是污染的重点 。目前全市集 中处理外排长江 、杭州湾的污水输送干线系统共 6 条,设计规模为 415万 m 3/d。全市分散处理的中、小 型污水厂共 30 座 , 设计规模为 93 万 m 3/d。各污水 系统总利用率为设计规模的 59, 利用率较低的原 因主要是支管配套不全或支管未接入干管而直接排 入水体。详见表 1。 表 1 上海污水治理设施概况 系统名称 现状处理、排放量 万m3d- 1 设计规模 万m3d- 1 石洞口污水系统1740 竹园污水系统127170 白龙港污水系统80170 奉贤污水外排系统110 星火工业区污水外排系统210 南汇区污水外排系统115 中心城 11座污水处理厂38 . 647 . 7 郊区 8 座污水处理厂14 . 920 . 8 自管 11座污水处理厂19 . 524 . 5 近几年上海市的污水处理厂共产生含水率为 97. 5 的污泥约 130 万 m 3 a , 污泥经浓缩或脱水后, 形成含水率为 80 的污泥 12. 48 万 m 3 , 这些污泥的 主要出路是被运至市郊及邻近省份的农村用作农肥 或堆置。目前上海市污水厂污泥处理处置存在的问 题有 1 设施配套率低 ,只有 50 以上的污水厂有脱 水设备,而且设备利用率较低 。 2 仅有 5 家污水处理厂有稳定化处理装置, 这 些装置以消化处理为主, 但是由于种种原因目前基本 闲置 。 75 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 3 污泥未进行减量化 特指固体量的减少 、无 害化和稳定化 简称“三化” 处理 , 体积较大 ,运输费 用高 ,运输过程中散发恶臭和病原体,影响环境卫生, 化肥的普遍使用又导致污泥肥料备受冷落。 4 未经“三化”的污泥 ,土力学性能和生物稳定 性很差,不利于常规的填埋处置和资源化利用 。 3 上海市污水厂污泥处理处置的发展 3. 1 城市污水处理量和污泥量预测 根据自然条件 、 经济发展和历史演变过程 ,上海 市的污水治理规划将采取集中处理和分散处理相结 合的方针,以集中处理为主 。根据上海市污水系统 专业规划 ,在现有石洞口、竹园、白龙港污水系统的 基础上 ,全市污水系统将调整为 6 大片区。宝钢、上 海化学工业园区 、 金山石化 3大工业区的污水自行处 理排放,不列入城市污水系统 。规划方案见表 2。 表 2 污水系统规划方案表 片区 名称 现状污水量 万m3d- 1 规划污水量 万m3d- 1 规划设施规模 万m3d- 1 石洞口568189 竹园175 . 7130164 白龙港155 . 9212233 杭州湾245565 嘉定及黄浦江上游81 . 190100 长江三岛11 . 52025 上海绝大多数城市污水处理厂采用活性污泥法 处理工艺 。污泥产量主要受污水水质和系统运行条 件的影响 。水质对污泥产量的主要影响因素为进水 有机物和悬浮固体含量 。运行条件的主要影响因素 为泥龄 、 污泥负荷、溶解氧等, 起关键作用的是泥龄。 当污水采用一级半 物化 工艺处理时, 产泥量还受絮 凝剂种类和投加量的影响 。综合理论计算、 实际统计 值和规划要求, 计算得出上海市远期和近期污水厂污 泥产生情况如表 3、表 4所示。 3. 2 上海市污水厂污泥的特点 1 总量巨大 远期所有污水厂排放的污泥总量 将 达 到 44 360 m 3/d 含 水 率 为 97. 5 , 合 1 619 万 m 3 a。若不能妥善处置, 将带来很大的经济 和社会问题。 2 性质复杂 从处理工艺角度看, 污泥分为初 沉污泥 、 剩余活性污泥和一级半污泥; 从污水组成情 况看, 污泥可以分为生活污水污泥、城市污水污泥和 工业废水污泥, 污泥性质较为复杂。 3 分布不均 上海市现有污水处理厂分布在上 海市区、 郊县各个角落,处理能力相差很大,每个厂产 生的污泥总量也显著不同。即将兴建的白龙港污水 处理厂和竹园污水处理厂又将打破原有污泥产量分 布模式,由过去的分散污泥排放模式转化为集中污泥 排放和分散污泥排放共存的模式。规划近期 、 远期竹 园污水厂和白龙港污水厂所占的比例较大,须重点考 虑2 厂污泥的处理处置问题 。 表 3 预测近期 2002～ 2005 年 污水厂污泥产生情况 项目 水量 万m3d- 1 处理 程度 不同含水率时污泥量 m3d- 1 97 . 5 80 65 石洞口污水厂40二级2 400300171 竹园污水厂170物化11 9001 488850 白龙港污水厂120物化8 4001 050600 中心城 11 座污水厂47 . 7二级2 862358204 郊县8 座污水厂20 . 8二级1 24815689 自管11 座污水厂24 . 5二级1 470184105 表 4 预测远期 2020 年 污水厂污泥产生情况 规划区域 污水量 万m3d- 1 不同含水率下集中处理 产生的污泥量 m3d- 1 97 . 5 80 65 石洞口402 400300 171 竹园17011 9001 488 850 白龙港21014 7001 838 1050 杭州湾663 960495 283 嘉定及黄浦江上游1046 240780 446 长江三岛261 560195 111 黄浦江污水厂603 600450 257 4 危害各异 有些污水厂 如桃浦污水厂 由于 接纳大量工业废水, 污泥中含有一定量的有害有机 物,如可吸附性有机卤素 AOX 、阴离子合成洗涤剂 LAS 、 二 2 -乙基已基 -邻苯二甲酸酯 DEHP 、壬基 苯酚聚乙氧基 NPE 、多环芳烃 PAH 、多氯联苯 PCB 等 ,这些物质的存在不仅导致污泥处置前预处 理费用的增大, 也限制了污泥处置的潜在途径 。而其 它一些污水厂的进水主要由生活污水组成,污泥中有 毒有害污染物质的含量很低, 对环境的危害很小, 可 76 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 以资源化利用。 3. 3 现有污泥处理处置技术 污泥处理是指污泥在污水厂内经过浓缩、消化、 脱水 、 干燥 、 焚烧和堆肥等手段处理后, 使污泥性质稳 定,体积缩小的措施 。污泥处理是污泥各种处置技术 实施的前提,但是并没有解决最终出路问题。污泥处 置的基本原则是在符合国家法规 、标准的基础上, 综 合考虑当地经济 、 环境等因素, 采取适当的技术措施 和管理政策,为污泥提供最终出路 。 通过对国内外, 尤其是西方发达国家采用的污泥 处置方法比较分析, 目前污泥的最终处置方法主要采 用 土地利用 包括农田应用、森林绿地的播撒 、 扰动 土的修复等 、 焚烧、填埋和投海。前3 种方法在技术 上均较成熟 ,在实际应用中也占比例较大 ,投海因容 易引起海洋污染 ,所以已基本不再采用 。具体采用何 种污泥处置方式 ,主要视各国的具体情况来确定。 4 上海市污泥处置的途径与未来发展 上海位于我国南北海岸线的中部, 地处长江三角 洲前缘的河口地区, 东濒东海 ,南临杭州湾,北界长江 入海口,水系丰富 ,地理位置优越。根据上海市的地 理特点和经济发展情况, 其城市污水厂污泥的最终处 置的途径有以下几种 。 4. 1 土地利用 城市污水厂的污泥作为农业 、 林业、绿化用肥必 须满足3 个基本要求 ,一是污泥中需含有较高的植物 所必需的营养成份; 二是污泥中的有毒有害物质含量 不得超过国家规定的污泥农用标准 ; 三是污泥必须经 过较严格的无害化处理 。上海目前有许多土地资源 可以用于污泥的最终处置途径 , 如用作农用肥料、森 林绿化建设、 滩涂建设、 盐碱地改良等, 这些资源为污 泥的土地利用提供了广阔的前景。 4. 1. 1 用作农用肥料 上海市肥料生产厂有 10 家左右, 年生产化肥达 80 万 t ,其中有机肥约为10 万 t ,无机肥约70 万 t 。有 机肥前景较好, 是今后发展的方向。根据国家农用 污泥中污染物控制标准 GB4284-84 的要求, 城市污 水处理厂污泥, 只要其重金属及化合物含量满足控制 指标要求 ,即可在农田、园林和花卉用地上施用。研 究表明 ,近十几年来 , 上海市污水处理厂污泥中重金 属含量呈下降趋势 ,在严格控制污泥堆肥质量 ,合理 施用情况下,一般不会造成重金属对农产品的污染 。 据调查上海市各污水厂污泥中含有大量的植物 养分 ,氮、磷、钾平均含量分别为 9. 3、 4. 4、 10. 9 g/kg , 除钾的含量偏低外 ,氮 、磷的平均值均超过通常施用 的农家肥。这些污泥中含有大量的有机质 56 ～ 72 , 与农家肥相比, 更具有增加土壤肥力 、培植地 力、 防止土壤板结、 增强土壤后续使用的功能 ,是良好 的有机肥源 。但是从不同时期各污水厂污泥所含的 各种有害重金属含量的情况看, Cu、 Zn、 Cd 、 Ni 在某些 时期含量偏高, 因此直接在土壤上使用需要审慎对待 或者采取一定的技术措施 ,如在设有污泥好氧稳定设 施的污水厂 ,可直接将好氧消化池改为操作简单、成 本较低的生物沥滤池, 不仅使污泥稳定 , 还可以使重 金属含量大大降低, 完全满足农用污泥质量标准中 重金属含量的限定要求 [ 2] 。 4. 1. 2 用于森林绿化 上海森林覆盖率是 10. 42 , 而全国平均是 16. 5 。 运用“城市热场特征”方法测算, 上海市需要 2 300多 km 2 的林地, 森林覆盖率约为 36 。目前上 海市正在制订林业发展规划, 以加快城市生态环境从 净化-绿化-园林化向森林化方向发展。计划 2005 年 森林覆盖率达到 20 , 2010 年达到 25 , 2020 年达 到30 以上。从目前的 10 提高到 30 ,上海需 要增加的森林面积为1 200 km 2 , 而规划同期 ,竹园和 白龙港污水厂污泥总产量约为10 402 500m 3 含水率 为65 ,15 a , 如果这些污泥用于规划增加的森林 面积的土壤改良 ,则仅需在新增加的森林面积上施加 8. 7 mm 厚的污泥营养土 。 4. 1. 3 用于盐碱地改良 上海市有盐土面积约 40 万 hm 2 。盐上中含有氯 化钠、硫酸钠 、硫酸氢钠、硫酸镁、氯化镁 、 氯化钙等, 其中主要是氯化钠 。例如在上海市奉贤新落成的万 亩绿地 ,土壤类型为盐渍土 ,受滩涂及海水中盐份的 影响, 土壤中盐份含量较高 ,一期规划占地606 hm 2 ; 二期规划占地 281 hm 2 ,总用地面积 887 hm 2 。目前面 临的 3 大困难是 盐碱地、 地下水位高 、 粘质土 。这些 条件都不适合树木的生长。针对这些问题可以采取 以下 3 个措施 建设和完善规划区内的排灌系统; 改 良土壤的碱性; 对植物和树种进行选择。而采用污泥 覆盖技术, 则可以彻底改变土质, 使之适于树木的生 长。以脱水污泥覆盖 20 cm 计, 一期占地面积可消纳 污泥1 212 400 m 3 ,相当于全市污水厂349 d的污泥量 以远期规划中全市污水厂污泥总量3 477 t d, 含水 率为 65 计 。 77 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 4. 2 卫生填埋 经过 40余 a 的发展污泥的卫生填埋已经成为了 一项比较成熟的污泥处置技术。卫生填埋是在传统 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 ,具有严格管理制度的科学的工 程操作方法。其优点是投资省 、 实施快 、 方法简单 、 处 理规模大, 缺点是对污泥的土力学性质要求较高, 需 要大面积的场地和大量的运输费用 ,地基需作防渗处 理以防地下水污染等 。在近期填埋将是上海市污泥 处置的重要方法之一 。为避免污泥填埋造成地下水 和土壤二次污染 ,填埋应在污泥稳定化后进行 ,同时 应结合上海市的滩涂规划 ,选择填埋场位置。特别是 白龙港和竹园 2 个污水厂, 离上海老港填埋场很近, 污泥与垃圾共同填埋不失为一种可行性选择 ,而在白 龙港污水厂设置专门的污泥填埋场则可以免去污泥 的厂外运输费用 。但是从长远看, 常规填埋是一种不 可循环的最终处置方式, 需要大面积的土地 ,其应用 比例将会逐渐减少。 4. 3 用作建材 市区某污水厂的部分污泥送往上海水泥厂进行 处理, 在1 350 ～ 1 650 ℃的高温下掺加 20 污泥与 其它原料一起燃烧制作水泥熟料, 经测试产品完全符 合质量标准, 重金属元素被固定于熟料矿物的晶格 里,生产的水泥制成混凝土后进行浸出毒性鉴定, 浸 出液中重金属含量极微, 不会造成污染 。实践证明这 种掺加污泥生产的熟料制成的矿渣硅酸盐水泥和普 通硅酸盐水泥, 质量完全符合国家有关标准。 4. 4 污泥焚烧 对于进水中含有较高比例的工业废水的污水厂 污泥 ,如石洞口污水厂,产生的污泥成分复杂 ,用于农 田绿化易造成污染, 难以被接受。其出路有 2 条 填 埋或干燥焚烧。污泥填埋由于受到填埋场地的限制, 虽然技术经济上可行 ,但在具体操作上有不少困难, 因此石洞口污水厂污泥处置将采用干燥焚烧。污泥 处置量为 300 m 3 d, 相应的污泥含水率为 80 。采 用干燥焚烧方案 ,在污泥的前处理中将不使用污泥消 化的方法 ,既节约投资又使污泥的热值较高。 4. 5 污泥处置的未来发展 根据上海市的实际情况和未来发展的要求,上海 市污水污泥在具体处置方式上将是多元化的 ,总的原 则是焚烧一些、填埋一些、土地利用一些 。规划中将 体现出布局上的集约化, 工艺上的减量化 、 无害化和 稳定化,最终处置上的资源化 。单纯的不可循环的填 埋将逐步减少, 资源化和焚烧热处理所占比例将逐步 提高 。污泥处置系统应与污水划分成的 6 大片区相 对应, 分为集中处置和分散处置 2 种 ,具体方案可考 虑竹园污水厂和白龙港污水厂污泥合并集中处置 ,石 洞口污水厂 、 市区其它污水厂可考虑单独处置或者分 散处置。 5 结论与建议 1 加大污水厂污泥处理设施的建设 ,改变污泥 处理设施不全的现状 ,使污泥在出厂前即达到“三化” 要求 ,在技术与经济 2 方面为污泥的合理处置创造 条件 。 2 积极开展减量化、 无害化 、 稳定化和资源化技 术的研究, 以降低污泥处理处置费用, 解决污泥的长 期出路问题 。建议运用市场规律,逐步建立符合市场 经济运作规律的长效管理机制 ,吸引国内外公司积极 参与污泥项目的竞标, 推动污泥处理处置技术的 发展 。 3 鉴于上海市的具体情况, 在今后较长的时间 内,污水厂污泥的处置应以土地利用为主 ,焚烧、 卫生 填埋、用作建材等措施作为其它可选的手段 ,多种途 径消纳污泥 。 4 由于经济原因 , 长期以来国内污水处理往往 和污泥处理处置分开考虑 ,造成污泥技术和措施相对 滞后 。应将污水处理和污泥处置作为一个完整的系 统进行全面评价 ,以从整体上保证工艺的优化、合理 和经济性。 5 上海现有市区供水能力为 720 万 m 3/d ,每天 产生污泥含水率 60 左右的污泥2 040 t/d。在条件 允许时,应考虑将污水厂污泥处置与自来水厂污泥统 筹考虑 ,进行联合处置 , 用最小的投资获得最佳的环 境效益和社会效益。 参考文献 1 上海市水务局. 上海市污水污泥处理处置规划纲要. 2002. 2. 2 朱南文, 张乐华, 高廷耀, 吴志超. 上海城市污水厂污泥的农用处置 方法研究. 中国给水排水,2002. 18 1 16～ 19. 作者通讯处 张树国 200092 同济大学污染控制与资源化研究国 家重点实验室 2003- 07-10 收稿 78 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 were used for simulation and design of municipal wastewater treatment with ASM1. Keywords municipal wastewater, carbonaceous ogranic matter and ASM1 RESEARCHONDEPOSITHEAVYMETALSANDARSENICPOLLUTIONOFDAGU POLLUTION -DISCHARGING RIVER AND ITS ECOLOGICAL RISKYin Jinduo et al 70 Abstract The pollution degree of heavy metals and arsenic in the bottom sludge of Dagu pollution-discharging river on the watershed is researched using Hakanson ecological risk index. A multivariate overall assessment is carried out on water quality, sewage irrigation region crops and ecological effect of Dagu pollution -discharging river by multienvironmental-factor uation. The conclusions of the two s is the same, i. e. there exists a heavy pollution in this river. The order of the effect of heavy metals and arsenic is Hg CdCuAsPbCrZn. Keywords Dagu pollution -discharging river, deposit, heavy metals and ecological risk THE EXTENSIONOF WASTEWATER TREATMENT PROJECT OF FENYANG DISTILLERY Cheng Hongping et al 73 Abstract Wastewater Treatment Project of Fenyang Distillery was extended in 2001. The treatment capacity was 8, 000 m3 d after the extension. Not only was the treatment process of the extended section the same as the present system, but also it unearthed the potenital of the present construction or structure. The treatment technology is experienced and the operation is stable. The water quality of the effluent is more qualified than the requirements of the design. Keywords wastewater treatment, activated sludge process and extension STUDY OF COUNTERMEASURES FOR SLUDGE DISPOSALS OF SHANGHAI WASTEWATER TREATMENT PLANTSZhang Shuguo et al 75 Abstract There hasbeen a rapid development of the construction of Shanghaiwater pollution control projects recently. It is estimated that in 2020, the sludge with a water content of 97. 5 produced by all sewage treatment plants inShanghaiwill be up to 44, 360m3 d, and the problem of sludge disposal will be stressed day by day. Many disposal s, such as land use, incineration, landfill and using it as building materials etc are proposed for sludge disposal in the future based on the development plan and analyzing the present status of Shanghai sludge disposal, aswell as combining geography and economic characteristics of Shanghai. Keywords sludge of sewage treatment plant, sludge disposal, Shanghai and land utilization EXPLORATIONOFFLUEGASTREATMENTTECHNOLOGYFORBLASTFURNACE CASTHOUSEZheng Yan 79 Abstract This paper introduces the structure, working principle and practical results of the flue gas -trapping hoods for updraft tapholes; and on the basis of which a flue gas -trapping technique has been developed, which is suitable for all sorts of blast furnace casthouses in China. The result shows that this technique features good effectiveness, small resistance and low power -flow ratio. Keywords flue gas -trapping, blast furnace and casthouse Manager Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Editor and Publisher The Editorial Department of Environmental Engineering 33,Xitucheng Road,Haidian District, Beijing 100088,China Telephone 01082227637、82227677 Fax 01082227677 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E-mail Addresshjgc hjgc. com. cn WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004