1. Технология переработки и утилизации шлама
Из текущих международных проектов по обработке и утилизации шлама, общие методы обработки шлама включают аэробную ферментацию (компостирование), анаэробное сбраживание, сушку и сжигание. Методы утилизации шлама включают землепользование, захоронение на свалках и комплексную утилизацию. Из-за различных национальных условий методы и технологии обработки, принятые в каждой стране, также различаются.
1.1 Аэробная ферментация
Технология аэробной ферментации ила — это новая технология биологической обработки, которая использует микроорганизмы в иле для ферментации. В практическом применении она может достигать безвредных, сокращенных и ресурсных эффектов и обладает характеристиками экономичности, практичности, отсутствия необходимости во внешней энергии и отсутствия вторичного загрязнения. В настоящее время отечественные и зарубежные исследователи провели обширные исследования по контролю состояния, контролю тяжелых металлов, технологии удержания азота и технических процессов в процессе компостирования и достигли многих ценных результатов [2-7]. После десятилетий развития технология аэробной ферментации ила достигла большого прогресса, но все еще существуют некоторые узкие места в технической теории и процессе, такие как необходимость большого количества вспомогательных материалов, сложность контроля запахов и существование рисков для здоровья и безопасности людей и животных. Технология аэробной ферментации все еще имеет большой потенциал для улучшения.
1.2 Анаэробное сбраживание
Анаэробное сбраживание ила относится к процессу, в котором факультативные и анаэробные бактерии разлагают биоразлагаемые органические вещества в иле на стабильные вещества, такие как углекислый газ, метан и вода в анаэробных условиях, одновременно уменьшая объем ила, удаляя запахи, убивая яйца паразитов и перерабатывая биогаз, полученный в процессе сбраживания. Анаэробное сбраживание ила в настоящее время является наиболее широко используемым методом стабилизации ила и использования ресурсов на международном уровне из-за его эффективной рекуперации энергии и низкого воздействия на окружающую среду. Многие ученые на международном уровне были привержены исследованию технологии анаэробного сбраживания [8], которая широко применялась и развивалась. В целом, технология анаэробного сбраживания ила не достигла прорывного прогресса в Китае. Ключевые технологии и оборудование в основном зависят от импорта с относительно высокими инвестициями и низкой эксплуатационной эффективностью. Существуют препятствия в использовании биогаза, которые в совокупности представляют собой ограничивающие факторы для продвижения и применения этой технологии в Китае.
1.3 Сушка-сжигание
Сжигание ила [9] относится к процессу нагревания ила в условиях избыточной подачи воздуха, а затем окисления, пиролиза и полного уничтожения органических веществ и патогенов при высоких температурах (850-1100 ℃). Существуют различные типы устройств для сжигания, и в настоящее время наиболее часто используемые из них включают вертикальные многоступенчатые мусоросжигательные печи, роторные мусоросжигательные печи, мусоросжигательные печи с псевдоожиженным слоем и т. д. Для достижения целей энергосбережения необходимо сначала высушить ил и значительно снизить его влажность перед сжиганием. Поэтому в современных проектах по сжиганию ила обычно применяется комбинированный процесс обработки с сушкой и сжиганием.
1.4 Землепользование
Землепользование относится к прямому или косвенному использованию ила (после аэробной ферментации или анаэробного сбраживания) для сельскохозяйственных угодий, овощных полей, садов, газонов, озеленения и улучшения почвы или использованию ила, который соответствует определенным стандартам, в качестве покровного слоя для свалок. В последние годы Соединенные Штаты, Канада и некоторые страны ЕС поощряют использование технологии землепользования для прямой или аэробной ферментации ила, который соответствует требованиям к иловому осадку для озеленения, восстановления земель и других целей. Исследования в основном сосредоточены на методах стабилизации и безвредного землепользования ила, эффективности удобрения ила и его ценности для повышения урожайности. Соответствующие исследования также были проведены для потенциального воздействия ила на качество почвы, растения и контроль загрязнения [10-14].
1.5 Сброс отходов в океан
Операция сброса в океан проста, а стоимость очистки относительно невелика для прибрежных городов. Однако с ростом экологической осведомленности люди все больше обеспокоены возможным воздействием сброса шлама в океан на морскую экологическую среду. Соединенные Штаты запретили сброс шлама в океан в 1988 году, а с конца 1998 года Закон Европейского сообщества об очистке городских сточных вод (91/271/EC) запретил своим государствам-членам сбрасывать шлам в океан. Китайское правительство приняло три международных соглашения в начале 1994 года, пообещав не сбрасывать промышленные отходы и шлам сточных вод в море с 20 февраля 1994 года.
1.6 Санитарный полигон
Санитарный полигон для захоронения ила появился в 1960-х годах, с простой эксплуатацией полигона, низкой стоимостью и высокой адаптивностью. Шлам можно захоронить отдельно или вместе с другими твердыми отходами (например, городским мусором). Но есть некоторые проблемы [15]: из-за высокого содержания воды в иле и того факта, что фильтрат представляет собой высококонцентрированную органическую сточную воду, его необходимо собирать и очищать, чтобы предотвратить вторичное загрязнение; Увеличилась сложность уплотнения оборудования на полигонах; Санитарное состояние полигона плохое.
Текущая ситуация с переработкой шлама в стране и за рубежом
2.1 Текущее состояние дел в области переработки и утилизации шлама за рубежом
Обработка и утилизация городских канализационных осадков в зарубежных странах имеет почти 100-летнюю историю. Независимо от того, идет ли речь об эффективной утилизации или захоронении на свалке, цель обработки ила та же, что и у других видов обработки отходов, а именно сокращение, стабилизация, безвредность и ресурсосбережение. Для достижения этой цели необходимо сформировать систему обработки и утилизации ила посредством органического сочетания различных машин и перерабатывающих структур. Основными этапами утилизации ила являются концентрация, обезвоживание, сушка, сжигание и т. д., каждый из которых может играть роль в концентрировании ила. При нормальных обстоятельствах технологический процесс систем обработки ила в зарубежных городах обычно включает следующие четыре категории [16]: (1) исходный ил → концентрация → обезвоживание → утилизация обезвоживающего фильтрационного кека; (2) сырой ил → концентрация → обезвоживание → сжигание → утилизация зольного содержимого; (3) Сырой шлам → концентрация → сбраживание → дегидратация → утилизация обезвоженного фильтрационного кека; (4) Сырой шлам → концентрация → сбраживание → дегидратация → сжигание → утилизация зольного содержимого. Согласно статистике 318 очистных сооружений в Японии [17], метод обработки шлама (1) составляет 34%; Метод (2) составляет 8,8%; Метод (3) составляет 26%; Метод (4) составляет 5,7%. Основным методом окончательной утилизации шлама в Японии является сжигание, на долю которого приходится около 55% от общего объема утилизации шлама. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США, с тех пор как правительство выпустило Правила очистки воды в 1972 году, количество шлама быстро увеличивалось из года в год, достигнув 8,2 млн тонн в 2010 году. В Великобритании, согласно данным [18,19], ежегодное производство шлама, образующегося при очистке сточных вод, составляет 1,107 млн тонн сухого шлама. Основным методом окончательной утилизации шлама в Великобритании является сельское хозяйство (46,6%), за которым следует сброс шлама в море (33,5%). В связи с растущими серьезными экологическими проблемами Европейское сообщество оговорило в соглашении, что крайним сроком сброса шлама сточных вод в море является 31 декабря 1998 года, что означает, что 33,5% шлама в Великобритании будет направлено на захоронение на суше. В настоящее время доля шлама, используемого для захоронения в Великобритании, относительно невелика и составляет всего 8% от мощности по переработке шлама. В долгосрочной перспективе направлением развития утилизации шлама в Великобритании является повторное использование шлама, обработанного анаэробным сбраживанием, химической или термической обработкой и долгосрочным хранением на сельскохозяйственных угодьях. В настоящее время наиболее часто используемые методы утилизации шлама во всем мире включают сельскохозяйственное использование, захоронение на свалках, утилизацию в море, сжигание и т. д. Соединенные Штаты и Великобритания в основном полагаются на сельское хозяйство, Западная Европа в основном полагается на захоронение шлама, Япония в основном полагается на сжигание, а Австралия в основном полагается на захоронение шлама и утилизацию в море. Страны ЕС провели комплексный анализ тенденций развития утилизации шлама [20]. В связи с такими факторами, как доступная площадь земель, затраты на очистку, все более строгие экологические стандарты и популяризация политики восстановления ресурсов, а также существенные изменения свойств ила в течение следующих 10–20 лет, доля методов утилизации ила, принятых странами ЕС в 2005 году, была следующей: переработка составила 45%, сжигание — 38% и захоронение — 17%.
2.2 Текущая ситуация с переработкой и утилизацией бытового ила
Некоторые малые и средние города в Китае в основном не построили очистные сооружения, и даже в крупных и средних городах с очистными сооружениями более 90% их очистных сооружений не соответствуют требованиям. Более 70% очистных сооружений, которые были построены напрямую, используют необработанный ил для сельскохозяйственных целей. Даже на очистных сооружениях с метантенками сброженный ил лишь слегка обезвоживается перед непосредственным использованием в сельскохозяйственных целях, что затрудняет соблюдение гигиенических стандартов использования ила. Технология утилизации ила относительно отсталая по сравнению с развитыми странами. С точки зрения городских очистных сооружений, которые уже работают в Китае, процесс обработки ила включает четыре основных процесса: концентрацию ила, стабилизацию, обезвоживание и окончательную утилизацию. В настоящее время Китай начал использовать ил очистных сооружений для захоронения отходов и городского озеленения, а также использовать ил в качестве субстрата для производства сложных удобрений для сельского хозяйства и других целей. Но общая ситуация по-прежнему в основном в форме землепользования шлама, использования шлама для сельского хозяйства. Из-за недостаточного внимания, уделяемого контролю физических и химических показателей, таких как патогены, тяжелые металлы, токсичные органические соединения, и сенсорных показателей, таких как запах при управлении шламом в Китае, дальнейшая утилизация и использование шлама ограничены. Доля отечественных технологий утилизации шлама выглядит следующим образом: сельскохозяйственное использование составляет 44,83%, захоронение на свалках составляет 31,03%, не утилизация шлама составляет 13,79%, озеленение составляет 3,45%, сжигание составляет 3,45% и смешанный полигон с мусором составляет 3,45%. 13,79% отечественного шлама не было утилизировано, что будет представлять огромную угрозу для окружающей среды. Неприятный запах, выделяемый шламом, серьезно загрязнен, патогенные бактерии представляют потенциальную угрозу для здоровья человека, а тяжелые металлы и токсичные и вредные органические соединения загрязняют поверхностные и грунтовые воды. Причины этого явления включают: из-за позднего начала обработки и утилизации шлама в Китае многие города не включили места утилизации шлама в свое общее городское планирование, в результате чего многим очистным сооружениям трудно найти подходящие методы утилизации шлама и места утилизации; Основа утилизации шлама в нашей стране слаба, и понимание людьми утилизации шлама серьезно недостаточно. Недостаточно внимания уделяется окончательной утилизации шлама, что оставило скрытые опасности для окончательной утилизации некоторого вредного шлама; Коэффициент утилизации шлама не очень высок, и все еще есть часть шлама очистных сооружений, которая хранится и транспортируется только отделом экологической санитарии в пригороды для прямого складирования. Произвольное складирование ила может легко привести к вторичному загрязнению и растрате ресурсов ила. Поэтому в настоящее время перед нашей страной стоит задача как можно скорее разработать технологию утилизации ила для решения проблемы растущего ила сточных вод.
3 Тенденции развития технологий переработки и утилизации осадка
В последние годы появились некоторые новые технологии, такие как технология плазменной обработки шлама, которая постепенно применяется для обработки городских органических отходов. Швеция, США, Германия, Япония и другие страны построили плазменные очистные сооружения определенного масштаба, а также в последние годы они развивались в Китае [21]. Недавно разработанная технология ультразвуковой обработки шлама не получила широкого распространения из-за эффективности и энергопотребления рационального использования энергии, но она имеет широкие перспективы для совместного использования с другими процессами обработки шлама. Несколько технологий использования шлама в качестве строительных материалов были относительно зрелыми в развитых странах по всему миру, среди которых такие технологии, как строительные кирпичи, легкие материалы и цементные материалы, начали крупномасштабное производство и применение или планируют крупномасштабное производство и повторное использование в таких странах, как Япония и Германия. Другие методы обработки и утилизации шлама, такие как модификация шлама для получения адсорбентов, активированного угля, использование в качестве связующих веществ, промасливание шлама и разложение хлорированных соединений, были изучены в некоторой степени, но все еще находятся на стадии поисковых исследований. После десятилетий развития развитые страны, такие как Европа, Америка и Япония, сформировали относительно полные технологические маршруты обработки и утилизации шлама [22], и применение соответствующего оборудования также стало зрелым. Соответствующие законы, правила и стандарты были относительно полными. В последние годы Япония внесла стратегические коррективы в технологический маршрут обработки и утилизации шлама, постепенно переходя к использованию ресурсов шлама, а зола сжигания шлама также используется для производства строительных материалов. Подводя итог, можно сказать, что общий подход к обработке и утилизации шлама в развитых странах, таких как Европа, Америка и Япония, заключается в использовании ресурсов шлама, при этом землепользование является основным методом и поощряемым направлением утилизации шлама. Поэтому технологии использования ресурсов, такие как анаэробное сбраживание, аэробная ферментация, землепользование и производство строительных материалов, будут объектом исследований в области обработки и утилизации ила на международном уровне. При обеспечении безвредной обработки ила достижение максимальной утилизации ила стало тенденцией в развитии международной области обработки и утилизации ила.
4 Заключение
В настоящее время в Китае образуется около 48% ила, 28% из которых предназначены для землепользования и захоронения 48%, сжигания 3-45%, 13-79% не были утилизированы должным образом, и общая ситуация в основном заключается в форме землепользования, при этом большая часть используется в сельском хозяйстве [23]. Все еще существует большое количество ила, которое не было утилизировано должным образом, что может представлять потенциальную опасность для окружающей среды. В сочетании с основными национальными условиями Китая с большим населением и относительно скудными ресурсами и энергией, технология повторного использования ила очень ценна для развития. Можно видеть, что использование ресурсов и энергии ила станет важным направлением развития для отечественной иловой промышленности в будущем.
