污泥处理及管理的全球现状与未来趋势
污泥处理及管理的全球现状与未来趋势
Current and Future Trends in Sludge Treatment and Management
全球污水处理行业正面临日益严峻的，来自污泥处理及管理方面的挑战。污泥处理占到污水处理近半的成本。随着新建污水处理厂数量增长，以及现有污水处理厂升级改造以应对服务人口的增长，污泥的产量也随之增加。更严格的立法，也对污泥处理和处置提出了更高的要求。
美国和欧洲的污泥年产量分别约7百万吨和1千万吨干污泥。污泥产率在发达国家和发展中国家间差别较大。即使在欧洲，各国的污泥产率也存在很大差别。例如，马耳他产率最低，约为0.5g干污泥（dry solid/PE x d），而奥地利污泥产率最高，约为97g干污泥。欧洲各国污水和污泥处理规范及工艺的不同，导致了各国间的污泥产率的较大差异。总体上，前十年全球污泥产量持续增加，只有德国是例外。德国的污泥量从每年250万吨干污泥减少到200万吨。
欧洲日趋严格的立法
欧盟污泥指南（Sewage Sludge Directive 86/278/EEC）规定了污泥农用的最低条件。该指南1986年生效，设定了污泥中重金属含量的限值。不久的将来，欧盟将颁布更为严格的指南，特别是针对污泥中的病原体，有机微污染物含量。在欧盟污泥指南的框架下，欧洲各国制定了本国污泥农用的规范标准，对重金属、病原体和微污染物制定了更为严格的限值。如在奥地利、捷克、丹麦、法国、德国和瑞典，其污泥有机微污染物限值中包括了可吸附卤化物，邻苯二甲酸二己酯（DEHP）、直链烷基苯磺酸盐、多环芳烃（PAHs）、壬基酚（NP/NPE）、多氯联苯（PCB）、多氯代二恶英（PCDD），多氯代苯并呋喃（PCDF）等。
那些污泥以焚烧为主的国家，如奥地利、比利时、荷兰和德国，其标准中对污泥重金属的要求最为严格。而丹麦、法国、芬兰、意大利、卢森堡和波兰则对污泥中微生物和病原菌要求相对更严（如沙门氏菌、大肠杆菌、粪链球菌、肠病毒、寄生虫卵等）。
由于欧洲各国对污泥中重金属、病原菌和微污染物限值的巨大差异，导致污泥后续处置方法迥异。西班牙（65%）、英国（65%）、法国（50%）的污泥都用于农业；然而，在希腊和爱尔兰，污泥几乎全部填埋；在瑞士和荷兰，90%污泥去焚烧，同时辅以热能回收。污泥处理过程中的热能回收正逐渐成为欧洲的趋势。
污泥土地利用在美国受到抵制
美国环保署（EPA）1993年的40 CFR中503条例，对污泥利用提出了指导性建议。多年来，有些州对污泥的土地利用做出了显著的改变，如德克萨斯州和佛罗里达州针对B级（Class B）污泥的土地利用限制更加严格，近些年德克萨斯污泥土地利用案例骤降75%。在佛罗里达，随着对磷的管理和病原菌去除有了新的要求，石灰稳定污泥法被限制，而其它很多州正考虑采用类似的法令。此外，EPA已经识别了九种污染物（钡、铍、 4-氯苯胺、荧蒽、锰、硝酸盐、亚硝酸盐、芘和银）和其它一些有机微污染，正在考虑将上述指标纳入将来的污泥标准限值中。同时，由于公众的反对，加利福尼亚和佐治亚州正考虑对污泥的土地利用全面禁止。最近，EPA对固体废物进行了重新界定，将污水厂污泥包括其中，并寻求针对污泥焚烧工艺的污泥最大可实现控制阈值标准（MACT）。因此，未来在美国将会有更多的污泥被焚烧，这也将促使污水处理厂考虑将填埋作为更便宜的选择。
中国的变化趋势
中国年产污泥大约2200-3000万吨污泥（CGI，2011），这还没有考虑逐日增加的污水处理厂。针对未来十年，中国政府制定了约500亿美元投资于污水处理设置的规划，有助于污水收集管网和污水处理厂的快速建设。因此，中国的污泥产量将会持续快速增加。事实上，在过去的五年里，全球5%的污泥增量来源于中国。在2005-2013年间，中国城镇污水处理厂从700座增加到3100座，预计未来两年，总数量将超过5000座。由于缺少系统性的污泥处理与管理规范框架，将未适当处理的污泥直接排放到环境中，在中国并不少见。而工业污水处理产生污泥的情况问题最大，因为其中往往含有较高含量的重金属和有毒物质，将会对环境、公众健康以及经济带来严重威胁。然而情况快速变化，污水处理厂现在被要求必须对污泥进行合适的处理与处置；同时资源回收也逐渐被重视。目前，约48%的污泥用于农业，34%填埋，14%排放到环境中，4%被焚烧及其它处置。
面向资源回收
最终处置方法、立法和政策趋势、公众接受度、技术选项及其可行性、资源回收的潜力等，这些都是实践污泥处理与管理所需要考虑的诸多因素。基于目前的趋势，污泥农用将可能会变得更具挑战也更加昂贵。对土地利用中污泥的重金属、新型污染物和病原菌等含量制定更为严格的标准也成为趋势。通过预处理工艺或者由厌氧处理替代好氧处理，减少污泥产量也是预期趋势。替代性的污水处理工艺，如用藻类代理活性污泥去除氮磷营养物也逐渐引起关注，这些藻类后续可被用于生物能源。降低污泥量已成为众多污水处理厂的优先考虑问题。
近些年来，污泥已经不再被视为废弃物，而被当做能源、营养盐和有机物的回收来源。资源回收已经逐渐成为污泥处理与管理的核心内容，并注重在厌氧消化和热处理、污泥和餐余垃圾共消化产沼气、磷回收等方面。此外，资源回收的其它机会还包括，生物聚合物、生物塑料、生物杀虫剂、表面活性剂和酶等。
随着对能源和营养物需求及其价格的持续增长，从污泥中回收资源的技术正在不断涌现。以鸟粪石的形式回收磷就是很好的案例，出现多个低能耗、低药耗、设备结垢最小化的回收技术。最后，在污泥浓缩和脱水技术方面的技术创新也非常重要，非常必要。毕竟95%-99%的污泥是水，其中的含水量决定了后续处理过程的规模及其相应工艺设计，并也将显著影响污泥在土地利用、焚烧和填埋上的工艺适应性。
本文摘自IWA杂志《Water 21》2014年第六期并经翻译整理。
原文作者：BanuOrmeci教授，国际水协会污泥管理专家组主席（Chairof the IWA Specialist Group on Sludge Management）
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注：2015国际水协相关技术会议，将于6月7-10日在美国华盛顿召开
WEF/IWAResiduals and Biosolids Conference 2015: The Next Generation of Science,Technology and Management (June 7-10, 2015, Washington DC, USA)
会议网站www.residualsbiosolides-wefiwa.org
国际水协会（IWA）官网www.iwa-network.org