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    日本生活污水污泥處理處置的現狀及特征分析-東源中大環?萍加邢薰
    日本生活污水污泥處理處置的現狀及特征分析

    發布人:      發布時間:2015年11月18日      此新聞已被瀏覽 1820

    摘要:日本生活污水處理分為下水道(城鎮污水處理廠)、農村污水處理設施以及凈化槽3種模式,其對應的污泥處理處置方式也不盡相同。對2011年度(2011年4月~2012年3月)日本生活污水處理以及污泥處理處置的現狀和特點進行深入分析,日本污泥的循環利用仍以焚燒灰的有效利用為主,其主流仍是建材化利用。

    0前言

    生活污水處理一般采用生物處理法,處理過程中因有機物的轉化會生成大量的有機污泥。生物處理法中最常用的是活性污泥法,雖因處理條件不同效果有所差異,但污水中有機物的50%左右被轉化為污泥。原因在于活性污泥法工藝穩定,通過微生物的代謝,以及代謝生成的活性污泥的絮凝沉淀作用,可以持續生成并排出大量的污泥。因此,要實現生活污水處理的徹底和可持續性,必須對生成污泥進行及時、合理的處理處置。另一方面,從營養鹽循環的角度來看,污泥中含有高濃度的氮、磷,其循環利用也成為我們面臨的重要課題。城市污水處理廠的污水處理量大,污水中有可能混入工業廢水,導致處理污水中含有一定量的有害物質,從而對污泥的循環利用造成影響。但對于農村地區等小規模、分散型污水處理設施,污水中混入有害物質的風險較小,污泥處理可優先考慮資源化利用。

    日本生活污水的處理主要分為下水道(相當于中國的城鎮污水處理)、農村污水處理設施和凈化槽3種模式。本文以2011年度(2011年4月~2012年3月)信息和統計數據為依據,立足于日本污水處理的整體狀況,對3種模式下污泥處理處置的現狀和特點分別進行深入分析。

    1日本生活污水處理的現狀

    如上所述,日本的生活污水處理分為下水道、農村污水處理設施和凈化槽3種模式,其行政主管部門分別對應國土交通省、農林水產省和環境省。其中,下水道的建設主要集中在城市地區,另外,在一些自然保護區內或水環境保護要求較高的農村或山區,也建設有小規模的下水道系統,現在運行中的污水處理廠約有2200座;農村污水處理設施面向不宜建設下水道系統、但有生活衛生條件和水環境改善需求的小規模區域,服務人口定為1000人以下,當前運行中的處理設施約有5100座;凈化槽的服務對象主要是單戶獨棟住宅、服務人口為10人以下,在發展初期,由于居民對水沖廁所的需求變得迫切,而建設下水道又耗時太長,推動了凈化槽的出現及在部分地區的應用。早期凈化槽只處理居民家庭廁所排放的污水(糞尿),因此被稱為“單獨處理凈化槽”。2001年起,為強化水污染防治,日本開始禁止安裝這種“單獨處理凈化槽”,同時規定安裝家用凈化槽時,必須采用可對所有家庭生活污水(包括廁所污水、廚房污水、洗浴污水等)進行合并處理的凈化槽。目前,日本已設置的凈化槽約為780萬套,其中早期的單獨處理凈化槽約有450萬套。

    圖1所示為截至2012年3月底(2011年度末)日本不同污水處理模式的污水處理現狀。從圖1可知,2011年度日本的生活污水處理率為87.6%,其中下水道、農村污水處理設施及合并處理凈化槽3種模式的污水處理率分別占75.8%、2.8%和9.0%,對應的服務人口分別達到9335萬、350萬和1105萬。單獨處理凈化槽因為只處理糞尿(廁所污水),因此其處理率未包含在生活污水處理率之內。另外,同期水沖廁所的普及率為92.6%,由該普及率與生活污水處理率之差,可以得出單獨處理凈化槽的糞便處理量占到生活污水排放總量的5%,其服務人口約為620萬。需要注意的是,現在日本還存在使用傳統旱廁的情況,這種旱廁一般帶有糞尿儲存池,待糞尿存儲到一定量后,用抽糞車清運到專業的糞便處理廠進行合理處置。由于單獨處理凈化槽和旱廁的存在,導致部分生活污水(除糞尿之外的廚房污水、洗浴污水等)未經處理而直接排放,成為一些地區水質污染的主要原因,從人口比例來看,這部分人群約占到總人口的12%。

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    圖1 生活污水的處理現狀(截至2012年3月底)

    2日本生活污水污泥的處理處置現狀

    2.1下水道污泥(污水處理廠污泥)

    表1所示為2011年度日本污水處理廠產生污泥的處理,以及包括循環利用在內的處置狀況(以濃縮污泥含固量計),表中的數值出自日本下水道統計數據,統計時滿足了下述各項條件。

    (1)濃縮污泥含固量由濃縮污泥產生量和濃縮污泥含固率算出。

    (2)無濃縮階段的情況下,污泥含固量由最初工序的污泥投入量和含固率算出。

    (3)在好氧消化后設有濃縮池時,污泥含固量由好氧消化池的進泥量和含固率算出。

    (4)投加糞便、凈化槽污泥、村落污水處理設施污泥等時,其含固量不計。

    (5)填埋處置量為陸地填埋量和海上填埋量的合計。

    (6)將綠化農田回用、建材化、固體燃料化以外的有效利用稱為“其他有效利用”。

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    需要說明的是,表中的脫水污泥和焚燒灰是指污泥被填埋或有效利用等最終處置前的形態,焚燒灰量是指在污水處理廠內或其他處理設施中被焚燒的污泥量(轉化為焚燒灰的污泥量)。此外,從表1中可知,污泥的最終處置包括填埋以及綠化農田回用等。從脫水污泥數據來看,污水處理廠產生的污泥總量中,約有18萬t(以干重計)轉化為脫水污泥,而脫水污泥中有超過4萬t被填埋處置,約3萬t被用于綠化農田回用。

    2011年度日本全國的污水處理廠污泥產生量為222萬t(以干固體計),圖2所示為該年度污水處理廠污泥的不同處理方式(污泥形態)所占比例。圖3所示為2011年度污水處理廠污泥的處置方式及所占比例。

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    圖2 2011年度污水處理廠污泥的處理方式現狀

    從圖2可知,2011年度日本污水處理廠污泥的處理方式中,大部分采用了焚燒。

    從圖3可知,廠內儲存量占比增加明顯,占到污泥處置總量的13.9%。原因是受到2011年3月東日本大地震的影響。該地震造成福島第一核電站核泄露事故,事故中產生的放射性污染物進入污水處理廠,產生的污泥焚燒后放射性污染物被濃縮到焚燒灰中。原則上這些含有放射性污染物的焚燒灰應保管在專門的中間儲藏設施中,但由于相關設施建設進度等原因,生成的焚燒灰不得不在污水處理廠內進行臨時存儲、保管。

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    圖3 2011年度污水處理廠污泥的最終處置現狀

    從圖2可知日本的污水處理廠污泥大部分采用了焚燒處理,由此產生大量的焚燒灰。圖4所示為焚燒灰的處置及有效利用狀況。

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    圖4 2011年度污水處理廠焚燒灰的最終處置狀況

    相關數據表明,2010年度日本污水處理廠污泥的有效利用率為78%,而2011年度的有效利用率則降到54.9%,主要是受到2011年3月東日本大地震核電站泄漏事故的影響。特別是用于生產水泥的污泥量顯著減少,從2010年度的88.5萬t驟減到2011年度的50.5萬t,這也導致了受污染污泥的廠內存儲量顯著增加。

    2.2農村污水處理設施污泥

    根據日本農林水產省的統計數據,2011年度農村污水處理設施產生的污泥量(以體積計)為130萬m3。在與污水處理廠污泥進行比較時需要注意的是,日本的公開數據中,污水處理廠污泥是以干重計,而農村污水處理設施污泥則以體積計。圖5所示為2011年度農村污水處理設施污泥的最終處置狀況及不同農田回用污泥所占比例。

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    圖5 2011年度農村污水處理設施污泥的最終處置狀況及不同農田回用污泥的比例

    2.3凈化槽污泥

    2011年度日本凈化槽產生的污泥總量為1474萬m3,其中有92%經糞便處理廠處理,生成殘渣112萬t。由于糞便處理大多采用生物處理法,可將該殘渣量當做生物處理過程中產生的污泥(即糞便處理污泥)量。在日本已公開的統計資料中,看不出此類污泥的產生量是以干固體計,還是以濃縮污泥含固量或脫水污泥含固量計。

    日本的糞便處理廠建設于水沖廁所普及前的時期,目的在于對旱廁收集的糞便進行集中處理。隨著城鎮污水處理廠、農村污水處理設施的建設以及凈化槽的逐漸普及,旱廁糞便收集量驟減,而凈化槽產生的污泥量卻不斷增加,于是糞便處理廠開始收納凈化槽污泥。2011年度日本全國旱廁的糞便收集量為789萬m3,其中736萬m3通過糞便處理廠進行處理。同時在糞便處理廠處理的凈化槽污泥為1365萬m3,約為旱廁收集糞便處理量的2倍,F在日本糞便處理的主流工藝是活性污泥法。圖6所示為糞便處理污泥的不同處理方式所占比例。

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    圖6 2011年度糞便處理污泥的不同處理方式所占比例

    3結語

    日本生活污水處理分為下水道(城鎮污水處理廠)、農村污水處理設施以及凈化槽3大系統。根據公開數據可知,截至2012年3月末,日本的生活污水處理率為87.6%。另外,從污水處理總量占比來看,城鎮污水處理廠占到86.5%、農村污水處理設施占3.2%、凈化槽占10.2%。本文對上述3大系統所產生的污泥處理處置狀況進行了歸納。但由于規模較大的城鎮污水處理廠的公開數據非常詳實,而規模較小的農村污水處理設施和凈化槽相關的數據公開并不充分,因此未能對3者在同質數據情況下進行比較分析。然而,因為城鎮污水處理廠的污水處理量在污水處理總量中占比較大,所以可根據其公開的詳細數據,對日本污泥的處理處置狀況進行詳細解析。

    以下對日本生活污水污泥處理處置的特征進行簡單分析。從2012年3月末數據來看,城鎮污水處理廠和凈化槽的污水處理量之和占到日本污水處理總量的96.7%,其中污水處理廠占86.5%、凈化槽占10.2%。產生的污泥中約有65%被焚燒處理。還有一個特征就是污泥的綠化和農田回用占比并不高,只有15%左右。與之相反,農村污水處理設施產生的污泥,有52%用于綠化和農田回用,但因農村污水處理設施的污水處理量在生活污水處理總量中占比較小,其污泥處置量對污泥處置的整體趨勢影響很小。因此日本污泥的循環利用仍以焚燒灰的有效利用為主,其主流仍是建材化利用,例如將焚燒灰制成水泥原料和輕質骨料。

    然而,受2011年3月東日本大地震福島核電站核泄漏事故的影響,日本國內污泥的循環利用量占比大幅減少。與大地震前的2009年度數據比較,當時的污泥循環利用量占到污泥總量的77%,而到了2011年度,該比例驟減到55%。此外,由于下水道系統的污水收集面廣,沉降到地面的放射性污染物匯集到污水處理廠,污染物經焚燒處理后被濃縮到焚燒灰中,導致出現單位重量焚燒灰中放射性物質含量超標的現象。同時,這種現象也出現在部分堆肥和污泥肥料干化的工藝階段中,成為日本國內今后面臨的重大課題。

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