欧盟在污泥利用新旧方法的报告.docx
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欧盟在污泥利用新旧方法的报告
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大学，化工系，希腊塞萨洛尼基54124，U.Box.455
2006年5月4日收到2006年5月24日接受
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
目录
1、简介3
2、关于污水污泥的欧盟法律3
3、污泥特性5
4、污泥中的重金属5
5、实践中污泥的处理和处置5
5.1、污泥处理的主要方法5
5.2、市政污泥的处置策略7
5.2.1、农业再利用7
5.2.2、焚烧8
5.3、污泥处理策略中的限制条件7
6、热处理回顾11
6.1、燃烧5
6.2、湿式氧化5
6.3、热解5
6.4、气化5
6.4.1、气化过程中产生的气体5
6.4.2、重金属气化的结果5
6.4.3、污水污泥中产生的氢5
6.5、污水污泥在水泥窑中的应用5
6.5.1、污水污泥在水泥制作中的综合利用5
6.5.2、水泥窑用于砂浆生产中污水污泥的利用5
6.5.3、关于污泥在混凝土中使用的法律和环境问题5
6.5.4、使用污水污泥过程中重金属的渗滤....5
6.5.5、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5
6.5.6、把污泥做为可替代能源使用过程中的优化5
2、总结12
参考文献13
1.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，同时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【1】。
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【2】。
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，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生的污水污泥人均干重是平均每人每天90g【3】。
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】。
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2000PE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。
．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【4】。
●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【5】。
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”【6】。
●在1991年危险废物条例为处理这类废物制定了条规。
●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面的办法都会淘汰”【2】。
●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】。
为了达到这一目标，欧盟起草了关于以下要优先考虑的策略：
（a）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生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）。
●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（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[1]。
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[1]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、农药和烃类的含量。
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【8】。
表1未经处理或消化的污泥典型的化学组成和性质
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）,%
2.0-8.0
5.0
6.0-12.0
10.0
0.83-1.16
挥发性固体（TS%）
60-80
65
30-60
40
59-88
油脂和脂肪
可溶性醚
6--30
——
5--20
18
——
可提取性醚
7-35
——
——
——
5--12
蛋白质（%TS）
20-30
25
15-20
18
32-41
氮（N，TS%）
1.5-4
2.5
1.6-6.0
3.0
2.4-5.0
磷（P2O5，%TS）
0.8-2.8
1.6
1.5-4.0
2.5
2.8-11.0
钾肥（K2O，%TS）
0-1
0.4
0.0-3.0
1.0
0.5-0.7
纤维素（%TS）
8.0-15.0
10.0
8.0-15.0
10.0
——
铁（不是硫化）
2.0-4.0
2.5
3.0-8.0
4.5
——
硅（SiO2，%TS）
15.0-20.0
——
10.0-20.0
——
——
碱度（以CaCO3计，mg/L）
500-1500
600
2500-3500
580-1100
有机酸（以Hac计，mg/L）
200-2000
500
100-600
3000
1100-1700
热值
10,000-12,500
11,000
4000-6000
200
8000-10,000
pH
5.0-8.0
6.0
6.5-7.5
7.0
6.5-8.0
4．污泥中的重金属
由于活化废水污泥处理时涉及到物理化学过程，所以污泥积累了现有废水中的重金属元素[9]。
重金属如锌（锌）、铜（铜）镍（Ni）镉（Cd）铅（Pb）水银（汞）和铬（Cr）是污泥农业用途时主要限制使用重金属元素[9]。
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[10]。
痕量金属的生物利用度及相关的生态毒性植物，流动性强烈依赖于其特定的化学形式或绑定的方法[11]。
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[1,9]。
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[14]。
阿隆索[15]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、钴、铜、铬、铁、锰、汞、钼、镍、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、钴、钼。
由于水平低，相比铬、铜、铅的镍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
砷
1.1-230
10
镉
1-3.410
10
铬
10-990,000
500
钴
11.3-2490
30
铜
84-17,000
800
铁
1000-154,000
17,000
铅
13-26,000
500
锰
32-9870
260
汞
0.6-56
6
钼
0.1-214
4
镍
2-5300
80
硒
1.7-17.2
5
锡
2.6-329
14
锌
101-49,000
1700
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馏水，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，因为其高的铬含量。
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,重金属的积累可交换性和可还原）陈荣和卢[9]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出度很高ph值（10.64——12.05）在处理和空气干燥过程中（20——251C）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[7]。
关于污泥处理，决策者应结合技术、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
表3污泥处理的主要选择的不同说明
选项
目的
在污泥处理中的应用
不可利用
停止使用对环境产生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采资源
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【16】。
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【1】：
●预处理（筛选、粉碎）；
●出生增厚（重力作用、浮力作用、排水、敲击、离心分离）；
●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）。
表4污泥处置过程的典型例子【1、17】
过程
说明
污泥消毒
70℃最少20min或者55℃最少4h，所有情况由厌氧消化决定。
常温厌氧消化
平均停留时间至少12或24天，基本消化温度为35±3或25±3℃，一个阶段提供一个平均停留时间或至少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℃的温度，以确保堆肥反应过程大致完成。
堆肥化（窗口和曝气柱）
堆肥必须保持连续5天40℃并且在这一时期有4个小时至少55℃。
有一段时期是足以确保堆肥成熟工程完成的。
液态污泥的石灰稳定化
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个月。
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。
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【18】。
这种选择只能是垃圾焚烧或卫生填埋。
自从1998年开始，欧洲法律（UWWTD）禁止污水污泥的海洋处置，目的是保护海洋环境，与此同时，污泥用于卫生填埋的处置也逐渐淘汰（然而在欧洲仍然有35-45%的污泥用于卫生填埋）。
实话说，农业利用已经变成污水污泥处置方法的首选；产生的37%的污泥正在农业上得以利用，11%的被焚烧，40%的卫生填埋，12%的用于其他领域，例如林业、森林、土壤改良等等。
污泥管理领域最流行的趋势（焚烧、湿法氧化、热解、气化以及为了进一步作为能源利用把污水污泥和其它材料一起焚烧）已经使科学界产生了重大的兴趣。
5.2.1农业再利用
污水污泥包括氮和磷，特别是污水处理工程中来自于硝化反硝化阶段的氮和磷【1】。
这使得污泥有独特的肥效，因为这些包含在污泥中的元素对植物的生长很有必要，然而，污泥与此同时也许包含其它各种各样的元素，一旦这些元素进入人类食物链中是很有危险的，例如重金属。
法律86/278/EEC引入和实施了污泥在农业上的再利用，它的重要目的保护土壤和人类自己免受有害物质的伤害【5】。
这一法律目前正在修订中。
这些改变（主要涉及污泥使用前处理的必要性）是应该做的，重金属含量的最低限制也引入到一些新的标准中。
然而，正相反，用于农业利用的污水污泥面临的是社会的和技术上的障碍【3】。
技术问题是污泥在全年任何时刻都会产生，然而它在土地上的应用一年只有一次或二次这一事实；因此污泥需要储存起来。
此外，特定物质中污泥的含量应该满足确定的标准。
然而这些标准有时有些令人困惑。
在农业再利用中的污泥的另一个限制因素是重金属含量。
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