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2020年8月25-27日

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疫情背景下关于污泥处理处置的思考

日前,自从疫情开始一直担心的事情还是发生了,1月30日,钟南山院士在采访中提醒,要高度警惕新型冠状病毒粪口传播的问题;2月1日,深圳市第三人民医院透露,在某些新型冠状病毒感染的肺炎确诊患者的粪便中检测出2019-nCoV(新型冠状病毒)核酸阳性,很有可能提示粪便中会有病毒的存在。
 
理论上讲,冠状病毒是具外套的正链单股RNA呼吸道病毒,直径约80~120nm,主要成分是蛋白、酶等。患者通过饮食等途径或体内的病毒通过一定途径进入消化道后,在胃酸和消化道中各种消化酶的作用下,会因失去活性而失去感染力,对于疾病传播也就没有意义。问题是,新型冠状病毒目前存在通过消化道而没有被完全降解的可能性,并随粪便排出体外,即可在粪便标本中检测到病毒核酸阳性。
 
最著名的案例莫过于2003年香港淘大花园爆发的“SARS”病毒通过下水道地漏粪口传播事件,造成了惨痛的教训。
 
参照SARS病毒,2003年香港、日本和德国实验室网络研究确定,SARS在粪便中可以存活48h,在粪便和尿液的混合物中可存活1-2d,低温环境下可以存活更长时间;加热达56℃时,则每15min可杀灭1万个SARS病毒。
 
因此,对于城镇污水处理领域,从进水到出水的流程中,很多工段都存在着病毒扩散传播的风险。
 
国内的污水处理一向是重水轻泥的,这不仅显示在污水处理厂的建设投资上,国内大部分专家也是更专注于水的治理。在此次疫情发生后,中国水网2月1日刊登了江南大学李激教授针对城镇污水处理厂给出了八条实质性的运行建议,主要是对出厂水指标的控制;2月1日,生态环境部发出了«关于做好新型冠状病毒感染的肺炎疫情医疗污水和城镇污水监管工作的通知»,提及了“污泥在贮泥池中进行消毒,贮泥池有效容积应不小于处理系统24小时产泥量,且不宜小于1m3。贮泥池内需采取搅拌措施,以利于污泥加药消毒”。但现有城镇污水处理厂基本都没有对储泥池设立消毒设备,而且储泥池污泥浓度高,消毒药剂的分散不同于出厂水的消毒,因此实际操作是不太现实的。该通知还是主要针对医疗废水的处理的,2月1日王凯军教授也进行了如此解读。
 
可见,在对污泥的无害化处理处置上,各种政策言之甚少。联想这两年国内污泥处理行业技术发展的怪异和市场的乱象,行业专家很难给出更切合实际的指导性方案,而是一种观望的态势,这应该是我们对污泥处理处置的不够重视。
 
《城镇污水处理厂污染物排放标准》对城镇污水处理厂的污染物排放中的废气、废水指标做了比较详尽的指标要求,但对污泥的要求指标及相关技术指导就比较不足。污泥作为一个重要的污染源,其应与污水厂出水是一样的地位的。目前对于一般市政污水处理厂出厂污泥基本只执行含水率的要求,这就使市场上的污泥减量技术发展较为宽泛,从不同角度来演绎。而污泥由于富含营养物质,是细菌和病毒的良好营养基,如果只是在重量上减少,完成污泥的减量化,忽略污泥的稳定化和无害化,那么在目前这种疫情状况下,污泥将成为病毒的良好载体,在污泥的不同处理处置过程中,可能产生不可预估的传染风险。
 
因此,此次疫情应是我们提出更科学的污泥处理技术和标准的契机,污泥处理不仅要结合国情,要结合处理成本,还要结合污泥的特性科学地来考虑。
 
污泥处理系统必须是全密闭系统
 
一般城镇污水处理厂的污泥处理系统应该是由污泥收集、污泥调理、污泥脱水、污泥干化、污泥存储组成的。国内的污水处理厂很多建设在市区人口密集处,为了避免处理处置过程中的病菌病毒的气流传播及操作人员的接触携带,因此一个全密闭的设计是非常必要的,也符合洁净生产的基本要求。对此我们建议:
 
–污泥的收集采用管道泵送的方式达成全密闭要求;
 
–污泥的调理采用管道在线式加药调理或全密闭式罐槽式加药调理;
 
–污泥脱水采用离心脱水;
 
–脱水后的污泥的输送采用泵+管道输送形式,使用螺杆泵或柱塞泵;
 
–脱水后污泥干化设备采用全密闭及负压形式,可以采用桨叶、带式、盘式、薄层等形式。负压产生的废气进入废气处理装置进行处理;
 
–干化前及干化后的污泥均采用料仓形式缓存,采用圆形、矩形等滑架或多螺旋料仓,料仓保持负压。废气进入废气处理装置进行处理。
 

污泥的无害化及稳定化

 
城镇生活污水处理厂污泥很难做到无害化,对下游处置来说,针对不同的处置方法,污泥中含有的重金属、抗生素、病毒、细菌等决定了污泥“无害”的程度是不一样的。基于污泥是污染物的特性,我们的考虑应该是在出厂(排污)时污泥的无害状态最小化。
 
为避免污泥中的细菌和病毒在出厂后输送及处置过程中产生二次污染,在厂区内对污泥中的细菌和病毒进行灭杀是非常必要的,这也是上述通知的要求。但如果将灭杀点放在污泥储存池这是不妥当的,一者量大,二者杀菌剂的分散有问题,三者对后续污泥处理设备的腐蚀不可预见,因此我们建议将无害化点放在污泥出厂前,例如污泥干化这个工段。
 
美国EPA的40 CFR 503对此作了很好的规范,其中的D项提出了“病原体的减除和载体(蚊蝇和啮齿动物)吸引减除”的要求,并提出如果采用热干化的模式,必须使污泥本体温度能够达到80℃,出泥含固率达到90%;抑或巴氏杀菌法,将污泥加热到70℃,并维持30分钟以上。
 
温度及停留时间是杀灭病原体的一个必要因素,而“载体吸引减除”是最终产品的稳定性的要求,10%含水率的污泥接近绝干,病毒、细菌、蚊蝇等无法利用其中的水分进行繁衍,同时有机质呈惰性化,不存在菌体的延续新陈代谢而产生的各种挥发性物质,因此要达到对载体的吸引减除,低含水率是最好的指标。
 
目前国内城镇污水处理厂使用的污泥干化技术基本为热干化,但主要目标是达到污泥的减量,在污泥的无害化及稳定化上没有目标制定。很多干化技术采用超低温干化的模式,污泥在干化过程中本体温度只能达到40-50℃,反而促进了一些细菌及病毒的活性;同时主流设计要求出厂泥含水率在30%-40%(这个值的来源无从科学考量),这就使得污泥从干化机内出来后在存储、运输及后续处置过程中所在环境温度相当合适,水分充足,营养充分,细菌及病原体再次快速复制并持续新陈代谢,释放大量VOC,病毒和细菌在后续处置工段存在传播的风险,这些隐形的二次污染目前还没有得到关注。
 

污泥的资源化
 

污泥的资源利用一直是瓶颈,关键的影响因素有两种:一种是污泥中的重金属含量不稳定,有超标的可能性;一种是污泥中的抗生素含量较高。事实上,污泥里还存在这第三种影响因素:微塑料。
 
第一种是大家都公认的,由于污水来源的广泛性和不确定性,重金属的含量和种类对污泥土地使用的风险是显而易见的,这使得污泥农用的政策在国内一直不能通过,这些都限制了污泥的农用—一直被认为是污泥的最佳的资源化方向,能充分使用其中的N、P、Ka。不过也是由于重金属对污泥土地使用的阻止,使得抗生素和微塑料对土地使用的危害得以关注,否则,这两种不可预见的远期危害会被大量污泥土地利用带来的短期益处所掩盖。
 
抗生素和微塑料的风险最近几年提及的人比较少,这是因为污泥中的含量比较少,但其在人体内富集的特性是与重金属一样的,而且给人体带来的疾病的不确定性远远高于重金属,因此对于一些非工业型城市的污泥采用的堆肥等土地使用的资源化工艺,其潜在的抗生素和微塑料对土地的毒害的风险是无法避免的。中国一向是人均抗生素使用量最大的国家,人均使用量是西方的5倍,通过消化系统及泌尿系统后进入污水处理厂,污泥中富集度是最高的;污水厂污泥中的微塑料主要来源为生活洗涤污水,再进入污水处理厂,大部分由于生化污泥的吸附特性而保留在污泥中,一部分随出厂水排放。因此,抗生素和微塑料在污泥土地利用后可直接被植物完整吸收并积累,最终进入人类食物链。
 
考虑到中国人口众多,居住密集,污染物迭代传播的路径应该被严格控制,因此对于污泥的资源化,应该是向生物质燃料方向发展。通过焚烧工艺使重金属、抗生素及微塑料的污染止步于此。
 

资源化利用的经济性
 

全国城镇污水处理厂每年产生的含水率80%的污泥在5000万吨左右,干化到含水率20%需要蒸发掉3750万吨水,如果蒸发过程需要的热量来自锅炉蒸汽,那么大约需要4875万吨蒸汽。20%含水率的干污泥平均热值在2200Kcal/kg,每年的产量约在1250万吨,进焚烧炉补偿热值可产蒸汽约3140万吨蒸汽,那么蒸汽的缺口大约在1735万吨,折合标煤217万吨/年(中国2019年标煤消耗25.1亿吨)。
 
因此,在满足前面的稳定化和无害化的要求下,全社会统筹考虑,挖掘如何减少这217万吨煤的消耗的潜力,支持、鼓励采用余热、废热作为污泥干化减量的热源,使全国的污泥的处理处置热能消耗总体为石化燃料零消耗状态。

 
讨论与结论

 
我们建议在制定相关污泥处置政策及标准时,需要偏向以下几点:
 
-污泥的减量化、无害化、稳定化的实际技术指标科学合理,避免相关建设更新换代频繁,浪费社会的整体资源;
 
-鼓励垃圾热电厂协同干化焚烧,利用垃圾热电厂废弃的汽化潜热作为污泥干化热源;
 
-鼓励水泥工业、冶金工业、造纸工业及化学工业等利用废烟气、废热水作为热源并利用干污泥作为回转窑、锅炉的补充燃料;
 
-污水厂地理位置的规划设计与热源的合理配合;
 
-建设污泥集中处理时自持焚烧减量方案为佳。
 

来源:亚洲环保网

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