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          【技術資訊】歐盟15國污水污泥產生量與處理處置方法對比

          【技術資訊】歐盟15國污水污泥產生量與處理處置方法對比

          • 分類:公司新聞
          • 作者:
          • 來源:
          • 發布時間:2020-08-22 16:23
          • 訪問量:

          【概要描述】

          【技術資訊】歐盟15國污水污泥產生量與處理處置方法對比

          【概要描述】

          • 分類:公司新聞
          • 作者:
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          • 發布時間:2020-08-22 16:23
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          摘要:歐盟15國2012年的污泥產生量約為800萬t,年人均產生量為21kg。歐盟15國均采用污泥厭氧消化和污泥熱干化等污泥處理方法,主要采用污泥農業利用和污泥焚燒兩種處置方法。愛爾蘭和葡萄牙的農業利用比例占本國污泥處置量的90%,荷蘭基本采用污泥焚燒的方式進行污泥處置。根據現有情況預測:污泥的厭氧消化作為污泥脫水、無害和化學能源利用的方式具有重要的競爭力,污泥的熱干化會結合工業焚燒產生的廢熱進行,處置方式將繼續限制填埋而發展焚燒和農業利用方式。

           

          關鍵詞:歐盟15國;污泥;處理處置;現狀;預測

           

          污水處理廠污泥是污水處理過程中產生的固體廢物,其產生量巨大,數量約占污水總處理量的0.3%~0.5%(含水率以97%計)。污泥的成分復雜,體積十分龐大,如處理不當,不但會對環境造成新的污染,而且還會浪費污泥中的有用能源,影響污水處理廠的正常運行和處理效果。

           

          中國的污水處理廠以及污泥處置是在中國建設部和環保部的職能范圍之內。近年來為了提高排污水域的水質, 建設部的工作重點放在了污水處理廠的建設和運行。但日趨嚴重的污泥處置問題目前已成為討論的議題和建設部工作的重點。2009 年建設部頒布環境行業保護標準《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策》??紤]到中國各地區污水處理廠的不同情況,建設部并沒有明確污泥處置的首選方案。所有污泥處置方法都是可行的備選方案。隨著經濟的不斷發展,相信污泥的填埋處置將會逐步受到限制,轉而趨向于歐洲的污泥處置模式。國家環保部工作的重點是制定污水處理以及污泥處置的質量標準,目前并沒有計劃對主要的標準進行修訂。

           

          目前,污泥的問題已十分明顯,在中國普遍采取的處置方法是污泥棄置或者不適合的垃圾填埋場處置。在污泥混合燃燒方面已經積累了初步的經驗,根據現有的資料,污泥單一焚燒正處于起步階段。污泥農業利用在中國已有幾個范例,但是由于污泥的出路問題, 污泥用于肥料生產仍面臨著許多問題。

           

          鑒于污泥產生量的日益劇增,污泥簡易填埋或混合生活垃圾填埋的現狀,以及污泥處理處置方法的選擇沒有依據性,而歐洲污泥的處理處置工藝相對成熟,已經有了近20年的處理量數據?,F有文獻中,歐洲學者發表的文章基本上不會研究歐洲其他國家的情況,中國學者發表的文章中,對于歐洲國家污泥處置方式整理的數據不具完整性,本研究的目標是對最初的歐盟15國的污泥產生量和處理處置方式進行對比分析,為我國的的污泥處理處置方式選擇提供借鑒作用。

           

           

          01

           歐洲國家污泥產生量研究

          1991 年,歐洲的一項關于污水處理的重要指導文件(Urban Waste Water Treatment Directive 91/271/EC)實施,使得歐盟國家進一步提高污水收集和處理標準。污水處理量的增加使得污泥產生量增加了50%。

           

          歐洲國家中,本研究分析包含的國家主要包括最初的歐盟 15 國(比利時丹麥德國愛爾蘭希臘西班牙法國意大利盧森堡荷蘭奧地利葡萄牙芬蘭瑞典英國)。表 1 統計了研究的15國從2006年到2015年的污泥年產生量。

           表 1   歐盟 15 國污泥產生量

           

          取各國2012年的數據(特別的,丹麥、西班牙和意大利為2010年)污泥產生量約800萬t,計算人均污泥產生量 (以全國人口數量計和以管網服務人數計),作表2,并用圖1表示歐洲各國污泥產生總量占歐盟 15 國總量的比例,圖2分析各國人均污泥產生量。

          表 2   歐盟 15 國污泥人均產生量

          圖 1   歐洲國家污泥產生量

          圖2   歐盟15國人均污泥產生量

           

          可以看到,污泥產生量最大的國家依次為德國(23%)、西班牙(15%)、英國(14%)、意大利(14%)和法國(12%),產量占歐盟 15 國總產量的78%。人均產泥量最大的國家為奧地利(32.3kg/人/年)和瑞典(32.2kg/人/年)。

           

          一方面,兩種計算方法得到的人均污泥產量的差距越小,污水管網連接到的人群越全面,污水的收集處理率就越高。另一方面,由于人們使用的污水量和污水處理產生的污泥量變化不會太大,因此人均污泥產生量可以間接反映該國污水的處理量比例,人均污泥產量越高,收集率和處理率就越高。根據統計,中國2004年的污泥產生量為 203.6萬t,人口以13億計,人均污泥產生量為1.6kg/人/年;2014 年我國城鎮污泥產生量為 2801.47萬噸,人口以13.68億計,人均污泥產生量為20.5 kg/人/年;中國污水收集率經過10年的發展已基本上達到歐洲國家水平。隨著污水問題的解決,帶來的污泥問題逐漸需要引起重視。

           

           

          02

          歐洲國家污泥政策研究

          依據城市污水處理指令 (Urban Waste Water Treatment Directive 91/271/EC),對于人口數大于2000人的住宅區,強制進行污水收集與處理。并從1998年12月31日起,鼓勵污泥資源化利用;嚴禁將污泥處置于地表水中。對于原先的歐盟15國,該指令的最晚實施時間為2005年,對 2004年后加入歐盟的國家可推后到2015年。關于污泥的問題,歐盟三個重要指令出臺。Decision 2001/118/EC將污泥定義為非危險廢物(non hazardous wastes),根據歐盟的政策,對于此類廢物的管理流程應該是 “預防-準備再利用-回收利用-其他回收(例如,能量回收)-處置。依據這些原則,填埋指令Landfill Directive 99/31/EC嚴禁將液體和未處理廢物處置在填埋場,并限制可生化性的城市固廢(例如污泥)進入填埋場的門檻。除了歐盟的法令政策,某些成員國家的本國政策對污泥進入填埋場的問題,在有機物質和總有機碳指標上有更嚴格的限制,極大限制了污泥的填埋處置。具體的說,奧地利要求總有機碳(TOC)小于5%,法國要求干基含量(DS)大于30%(即污泥含水率小于70%), 德國要求有機物質小于5%,意大利禁止廢物未回收利用而進入填埋場,荷蘭要求有機物質小于5%,瑞典不允許有機廢物進入填埋場。

           

          涉及污泥管理的主要文件是污水污泥指令(Sewage Sludge Directive 86/278/EEC)該指令鼓勵污泥在農業中的安全利用,并通過管理預防其對土壤、植物、動物和人類的有害影響,并對重金屬的濃度提出要求。對于15個成員國,具體的說,①對于農用的污泥重金屬含量,希臘、愛爾蘭、意大利、盧森堡、葡萄牙、西班牙的限制值與歐盟政策一致,奧地利、比利時、法國、德國比歐盟政策更低一些,丹麥、芬蘭、荷蘭、瑞典比歐盟政策低很多。②對于農用的土壤重金屬含量,奧地利、比利時(荷蘭語區)、法國、德國、希臘、愛爾蘭、意大利、盧森堡采用與歐盟政策一致的含量,比利時(法語區)、丹麥、芬蘭、荷蘭、瑞典的門檻值比歐盟政策低,葡萄牙和西班牙目前門檻值比歐盟政策高。③ 對于重金屬的最大年負荷量,除了希臘、盧森堡、葡萄牙、西班牙外,其他歐盟國家的政策比歐盟政策更嚴格。④指令中并沒有規定污泥農用處置中重金屬鉻、致病菌和有機物的含量,然而,所有的歐盟 15 國對污泥、土壤中的鉻含量和鉻的年負荷量做出要求,奧地利、丹麥、芬蘭、法國、意大利、盧森堡、葡萄牙對致病菌極限值做出要求,奧地利、比利時、法國、德國、西班牙對有機物極限值做出要求。⑤只有法國和瑞典允許污泥未經處理在獲得授權前提下進行污泥農用,特別的,奧地利規定污泥需經過生物穩定性處理, 丹麥規定污泥需經過穩定化、好氧生物處理或高溫消毒處理,芬蘭規定污泥需經過厭氧消化或石灰穩定化, 其他國家也都規定需要經過某些預處理后才能將污泥農用。⑥對于污泥是否能處置于森林、綠地中,某些國家也做出了規定。奧地利和比利時嚴禁將污泥處置于森林,德國和荷蘭嚴禁將污泥處置于森林和綠地,丹麥規定只有經過高溫消毒的污泥能處置于綠地,法國允許風險最低時的森林處置,但嚴禁污泥處置于礦山和礦場,盧森堡對污泥的森林處置提出了附加要求。

           

          除了污泥的填埋和農用,目前歐盟對于污泥的其他處理處置方式,還沒有官方的法令規定,只有某些指導和參考意義的文件。在我國,目前的討論焦點是應將污泥定義為垃圾還是資源的問題上,還沒有發布標準性文件,歐盟的這些指令也許能對我國的污泥管理提供借鑒作用。

           

           

          03

          歐洲國家污泥穩定化處理研究

          歐盟 15 國的污泥的處理包括穩定化處理(好氧穩定、厭氧穩定、石灰穩定、生物堆肥穩定)、調質處理(石灰調質、其他無機藥劑調質、聚合物調質、熱調質)、脫水處理(干化床、壓濾、離心、帶式壓濾)、其他處理(熱干化、太陽能干化、消毒、長期存儲、冷發酵、布袋填料),每個歐盟國家綜合上述處理方法,如表3-表 5所示。

          表3   歐盟15國污泥穩定處理方法

          表4   歐盟15國污泥調質處理方法

          表5   歐盟15國的其他污泥處理方法

           

          3.1 污泥穩定化處理





           

          對于污泥的穩定化處理(表3),除了德國和盧森堡,其他13國都廣泛的使用好氧穩定化處理,另外,所有的歐盟15國都非常廣泛的使用厭氧穩定處理;這兩種穩定化方式在歐洲應用非常普遍。多個國家都采用聯合穩定化處理的方式,將厭氧(或好氧)消化與石灰穩定相結合,德國在這一點就非常明顯,德國幾乎不采用好氧穩定,較少使用生物穩定,主要的穩定化方式是厭氧消化后接石灰處理。

          3.2 污泥調質處理





           

          相對于污泥穩定化處理的廣泛應用,歐洲國家較少使用污泥調質處理(表4)。但是對于意大利和盧森堡,這些化學調質也會應用于污泥的處理中。

          3.3 污泥脫水處理





           

          脫水處理將污泥中的自由水脫離,是污泥大量減量的主要方式。歐盟15國中,污泥脫水也是污泥管理中的一個重要的階段(表4),超過一半的國家采用離心或帶式壓濾的方法進行脫水。干化床方式的脫水方法僅存在于希臘、意大利、葡萄牙和瑞典。從經濟角度來看,將來會一直沿用的污泥脫水技術大概會是離心、帶式壓濾和壓濾。

          3.4 其他污泥處理方法





           

          在其他的污泥處理方法中,歐盟15國非常普遍的應用熱干化技術對污泥進行處理,普及率達到 87%(表5)。歐盟15國絕大部分的熱干化單元是作為污泥焚燒處置的第一步來應用。除了盧森堡和芬蘭,其他的13個國家在污泥管理中都應用熱干化技術,而這其中應用最多的國家是德國、意大利、英國和法國,幾乎一半的熱干化處理是在德國實施。熱干化系統主要采用轉鼓干化、流化床干化和帶式干化。

           

          長期存儲的方式也是歐洲國家采用的一種污泥處理方法, 主要是這種方法操作簡單, 成本低廉。但是它不能廣泛應用是因為它對氣候和地域有所要求。

           

           

          04

          歐洲國家污泥最終處置方式研究

          歐盟 15 國的主要污泥處置方式包括填埋、焚燒、農業利用、生物堆肥和其他。

           

          4.1 各國處置方式的空間變化





           

          選取歐盟15國2012年統計數據(特別的,丹麥、西班牙和意大利2010年),橫向對比各國處置方式(如圖 3)。

          圖3   歐盟15國近年污泥各種處置方式比例

           

          除了荷蘭絕大多數采用焚燒處置以外,基本上每個國家都根據不同區域采用了多種方式并存的污泥處置方式,尤其是對于本身有政治劃分的區域。例如,比利時的污泥處置方式是焚燒(主要在荷蘭語區)、農業利用(主要在法語區)。同樣情況還有英國, 蘇格蘭和北愛爾蘭采用污泥焚燒方式, 英格蘭和威爾士主要采用污泥農業利用的方式。

           

          對于污泥產量大的德英西法意五國,除了意大利以外,其他均已經拋棄了填埋的處置方式,德國主要為焚燒,英國、西班牙、法國最重要的污泥處置方式為農業利用。

          4.2 各國處置方式的時間變化





           

          選取比利時、德國、希臘、西班牙、法國、荷蘭和英國幾個數據比較完整的國家,從時間角度分析污泥處置方式的變化趨勢。圖4統計了多國各年污泥各種處置方式的量。

          4.2.1 填埋處置

          2005年是關鍵的一年,之前關于污泥管理法令包括污泥進入填埋場的控制標準最晚從2005年實施,也就是說,2005年以后進入填埋場的污泥理應要受到或是含水率或是有機質等多種標準的限制。比利時、德國2006年開始填埋率為0,荷蘭 2007年不再填埋污泥, 英國數據不甚完善,現有數據中已經不再填埋污泥。其他國家盡管仍然應用著填埋的處置方式,但是整體趨勢是逐漸降低。

          圖4   各國各年污泥各種處置方式比例

           

          4.2.2 焚燒處置

          分析的這8個國家主要分成4組,比利時、德國和荷蘭焚燒處置占據著很大的比重,超過 50%,特別地,荷蘭幾乎所有的污泥采用焚燒處置;法國、奧地利和英國也在一定程度上采用污泥焚燒處置方法,從2006年到2014年焚燒方法所占的比例保持穩定;西班牙較少用焚燒的方式去處置污泥,且隨時間變化不大;希臘在 2007 年之前幾乎全部污泥采用填埋方式,而之后焚燒技術快速發展,2014年占據 33%。從各個國家的實踐來看,各國都認為污泥的焚燒處置是一個值得保持甚至應該普遍采用的污泥處置方式。

          4.2.3 農業利用與生物堆肥

          污泥的農業利用與生物堆肥在各國的處置方式中占據的比例變化不大,也就是說,原來采用該方法的國家仍然采用,原來不采用的仍然不采用。填埋處置減少的部分污泥幾乎都利用了焚燒的方式處置。特殊的,對于法國來說,填埋減少,焚燒不變,生物堆肥處置在增加。西班牙和英國的農業利用處置在本國占據很重要的地位,比例超過50%。

          4.3 歐盟15國處置方式總體分析





           

          取 2005 年和2012年(特別的,丹麥、西班牙和意大利2010年)的污泥產生量和處置方式數據,計算各方式所占比例,如圖5所示。

          圖5   歐盟15國2005年及2012年污泥各種處置方式比例

           

          統計結果是,無論是2005年還是2012年,污泥的農業利用是歐盟最主要的污泥處置方式,主要是因為對于污泥產量最大的幾個國家(德國、英國、西班牙、法國、意大利),污泥產量大,焚燒成本太高,農業利用是比較適合的方式。接著是污泥的焚燒、堆肥化和填埋。從2005年到 2012年前后,填埋比例從13%下降到9%,污泥農用加堆肥化處置占據的比例變化不大,污泥的焚燒處置從22%增加到29%,在污泥產量大的5 國主要的貢獻是德國,焚燒比例增加了17%。

           

           

          05

          歐洲國家污泥管理趨勢

          本文根據多年的統計數據,對污泥產生、處理、處置方面的趨勢進行預測。

           

          5.1 污泥產生





           

          用貢獻量最大的德英西法意5國的污泥產生量的變化趨勢作圖 6。

          對于歐盟15國,最近幾年,大多數國家的污水管網已經基本上遍布本國國民,污泥的產生量隨年份的變化將不會太大。圖中表示歐盟污泥產量最大的幾個國家的污泥產量變化情況,基本上從 2005 年開始,污泥產量已經不大增加。由此可以預測,在將來的幾年內,歐盟15 國污泥產量不再變化,而歐盟的重點應該是后來加入歐盟的國家,經濟條件較低,且執行污水處理指令的時間較短,隨著污水處理要求的提高,污泥產量可能仍然會增加。

          圖6   歐洲國家污泥產生量變化

           

          5.2 污泥處理





           

          歐盟 15 國對污泥處理方法大同小異,都進行相似的污泥穩定化處理和污泥熱干化處理,這兩種方法既可以使污泥含水率減少,同時也是污泥無害化的重要處理手段。同時各個國家也會采用某一種或兩種污泥機械脫水方式,去除污泥中易脫除的自由水,以進行下一步的污泥處置可以預測,污泥的厭氧消化等穩定化方式作為污泥脫水、無害和化學能源利用等方式具有重要的競爭力,同時污泥的熱干化作為一種快速高效減量和消毒的方式,也會繼續保持下去,但是由于污泥熱干化的成本較高,不可能利用常規能源提供熱能,只能結合工業焚燒產生的廢熱進行,因此污泥熱干化將會在污泥焚燒處置大量發展的時候以焚燒工藝的其中一個環節的方式推廣于歐盟其他國家和中國。污泥的濃縮和機械脫水作為最常規的污泥處理方式,價格低廉,普遍運用于其他處理環節之前,具有重要意義。

          5.3 污泥處置





           

          由于污泥處置方式的選擇需要因地制宜,因此對于不同的國家,具體條件不同,歐盟15國的污泥處置方式的未來也各不相同。但是可以明顯地肯定的是,在大部分國家,填埋的處置方式均將逐漸被棄用,而被其他技術所取代。

           

          近十年間,丹麥、愛爾蘭、西班牙、法國、意大利、荷蘭、奧地利、葡萄牙、瑞典和英國等大部分國家的處置方式基本未改變。丹麥仍然存在其他未明的處置方式,逐漸形成60%農業利用和 30%焚燒的模式;愛爾蘭農業發達,主要模式為 80%農用和20%堆肥;西班牙、法國、意大利、葡萄牙、英國的發展現狀比較相近,農業發展相對比較發達,目前主要的污泥處置方式為農用,但西班牙為純農業利用,意大利和葡萄牙仍存在少量填埋,法國和英國逐漸發展了20%的焚燒處置方式;荷蘭的污泥則接近100%采用焚燒處置方式;奧地利維持50%焚燒和50%農業利用的模式;瑞典為農業利用、堆肥和其他處置方式各占 1/3。

           

          其他國家的處置方式在近十年有些變化,比利時德國芬蘭三個國家均為發展焚燒處置方式,比利時是將其他未明確的方式發展為焚燒,德國和芬蘭則將堆肥發展為焚燒。希臘將填埋發展為各種方式,但目前仍有超過30%的填埋,以及30%焚燒和30%農業利用(包括堆肥);盧森堡農業利用逐漸增加,但近幾年又逐漸減少,焚燒比例維持10%左右不變,而其他處置方式增加。

           

          對于仍然存在填埋的國家來說,處置方式的變化是可以預見的,由于國土面積較大,農業較多, 意大利和葡萄牙存在的少量填埋將繼續改變為農業利用,瑞典的1/3 其他處置方式也極有可能發展為農業利用;希臘十年前首先將填埋發展為焚燒處置技術,但是由于焚燒成本較高,而希臘經濟發展受到限制,且希臘國土面積較大,將會在污泥焚燒技術發展的同時發展污泥農業利用技術。

           

           

          06

          結論

          本文通過文獻調研,數據收集,分析了歐盟15國的污泥產生量特性,污泥的管理政策,和污泥處理和處置現狀,并預測未來歐盟15國的污泥產量的變化,處理方式的變化和分組討論污泥處置方式的趨勢。

           

          我國目前的排水管網并沒有連通到每個區域,隨著經濟發展,污泥的產生量將持續增加,我國污泥和歐盟最大不同點在于成分復雜,有害含量增加, 這是因為我國目前的污水處理系統并沒有分源處理, 城市污水廠同時可能也會混合工業廢水和醫療廢水一起處理,因此我國污泥處理方式對于污泥的無害化處理更應該嚴格,農業利用由于污泥的毒性受到限制,因此利用廢熱的熱干化處理以及污泥焚燒處置是很重要的發展趨勢當然,因為焚燒處置成本較高,因此污泥單獨焚燒的案例不會太多,且主要發生在經濟發達的地區,多數地區的焚燒將會是與煤或垃圾混合焚燒。

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