城镇污水处理厂污泥处理处置工艺生命周期评价 3页

第29卷第6期中国给水排水VoI．29No．62013年3月CHINAWATER＆WASTEWATERMar．2013污城镇处理厂污泥处理处置工艺生命周期评价水刘洪涛，郑海霞，陈俊，陈同斌，高定，郑国砥(中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心，北京100101)摘要：以实际工程为例对目前国内主流的三种污泥处理处置工艺(好氧发酵、填埋、焚烧)进行了基于生命周期的系统评价，分别从致癌风险、温室效应、土地占用和能耗四个方面，横向比较了三种工艺的环境负荷。结果显示，好氧发酵工艺在致癌风险、温室效应和能耗方面均表现出较低负荷值，而焚烧则在运行能耗、致癌风险上负荷较高，填埋的主要问题集中在土地占用和温室效应两方面。关键词：污泥处理处置；好氧发酵；焚烧；填埋；生命周期评价中图分类号：X703文献标识码：B文章编号：1000—4602(2013)06—0011—03LifeCycleAssessmentofSewageSludgeTreatmentorDisposalTechnologiesLIUHong—tao，ZHENGHai—xia，CHENJun，CHENTong—bin，GAODing，ZHENGGuo—di(CenterforEnvironmentalRemediation，InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch，ChineseAcademyofSciences，Beqing100101，China)Abstract：Threetypicalsewagesludgetreatmentanddisposaltechnologiesincludingaerobiccom—post，landfillandincinerationwereassessedbasedonlifecycle．Environmentalloads(Pt)ofthethreetechnologieswerecalculatedandcomparedintermsofcarcinogenicrisk，greenhouseeffect，landOCCU·pancyrateandenergyconsumption．TheresultsindicatedthataerobiccomposthadalowerPtamountincarcinogenicrisk，greenhouseeffectandenergyconsumptionthanlandfillandincineration．However，in—cinerationhadadisadvantageincarcinogenicriskandenergyconsumption．Similarly，themainproblemsoflandfillfocusedonlandoccupancyrateandgreenhouseeffect。Keywords：sludgetreatmentanddisposal；aerobiccompost；incineration；landfill；lifecycleassessment城市污泥处理处置目前已成为我国污水处理行前，针对生命周期性的评价信息仍较为缺乏，因此选业非常紧迫的问题，污泥得不到合理处置则污水处取国内主流的污泥处理处置工艺，开展基于生命周理的环境效益将被削减。目前国内污泥处理处置相期的系统评价，以期获得典型污泥处理处置工艺的关研究评价成果，多集中在污染风险、工艺调控等方环境影响负荷信息。面。实际上，从污泥自污水沉淀池直到终端处置，形1评价目标与范围成了具有生命周期特点的物质与能量循环过程。目评价范围主要包括：研究目标、系统边界、清单基金项目：公益性行业(环保)科研专项(201109035—01)；北京市科技新星计划(Z121109002512061)；国家科技支撑计划课题(20l2BAB18Bo3)；国家自然科学基金资助项目(41201585)\n第29卷第6期中国给水排水分析、影响评价结果的因素以及最后的生命周期解某填埋场为例，经计算填埋平均占地面积为284释。研究目标是三种具有代表性的污泥处理处置工m／t污泥。艺生命周期环境影响的横向比较，影响面细分为能③焚烧：焚烧机房占地面积较小，但出于安全源消耗、温室效应、致癌风险、土地占用等四个方面，性要求，需设置防护距离，此部分面积也包括在占地三种污泥处理处置工艺分别为好氧发酵、焚烧、填面积内。以杭州市某污泥焚烧工程为例，设计日处埋。系统边界定义为湿污泥(含水率为80％)运输理污泥量为1000t，占地为17．33hm(260亩)，以至污泥处理或处置点从而构成完整的工艺路线。在实际处理规模计算出占地面积为108m／t污泥。整个工艺路线中，各环节的占地面积、能耗、温室气2．3温室气体排放体、气体污染物排放均纳入环境影响评价范畴之内。①好氧发酵：好氧发酵工艺的二氧化碳直接2清单分析排放强度为42kg／t污泥，甲烷排放量可忽略。2．1能源消耗②填埋：污泥填埋过程中，有机物在厌氧条件不同污泥处理处置工艺能源消耗的差异主要体下通过微生物作用转换生成甲烷，其温室效应为二现在工艺环节上。一般而言，工艺能耗主要由运输氧化碳的25倍。据测算，每吨污泥填埋产生甲烷约能耗和运行能耗组成，根据消耗能源类型不同，运行l9．7kg，相当于492．5kg二氧化碳。能耗又分为油耗和电耗。③焚烧：根据现场监测，焚烧工艺的二氧化碳2．1．1运输油耗直接排放强度为227kg／t污泥。①好氧发酵：以秦皇岛市某污泥处理厂为例，2．4气体污染物排放污泥经核定载运量为5t的柴油卡车从污水厂运至①好氧发酵：排放气体污染物主要为氨气和污泥处理厂，油耗为0．256kg／km；污泥处理厂处理硫化氢。据估算，污泥好氧发酵过程氨气排放量为该市3座污水处理厂的污泥，其所在地理位置与33．2g／t污泥，硫化氢为11g／t污泥。座污水厂的平均运距为15km。经计算，污泥运输②填埋：排放气体污染物包括氨气、氮氧化物油耗为0．77kg／t。(NO)、硫氧化物(SO)和硫化氢。根据测算，污泥②填埋：以厦门市某污泥填埋场为例，填埋场在填埋过程中，氨气、NO、SO、HS的产生量分别与该市3座污水厂平均运距为14．6km。经计算，为1．65、78、25．8和4．54g,／t污泥。污泥运输油耗为0．75k(t。③焚烧：污泥焚烧过程产生的气体污染物主③焚烧：以杭州市某污泥焚烧工程为例，焚烧要有NO、SO和二嚷英。根据测算，NO排放系数点与4座污水厂平均运距为18km。经计算，污泥为1297g／t污泥，SO为992g／t污泥，二暖英为运输油耗为0．93kg／t。1．87×10g／t污泥J。另外，重金属会在焚烧过2．1．2运行能耗程中挥发并随烟气外排。根据不同类型重金属的挥①好氧发酵：主要为设备运行的电耗与油耗。发特性，焚烧过程随烟气外排的cu、Pb、zn、cr、Ni据精确核算，智能好氧发酵工艺涉及的机械设备包依次占污泥总含量的26％、28％、30％、9％、13％J括匀翻机、鼓风机、混料机、皮带机等，每吨污泥处理，可推算出其挥发量依次为10．04、1．88、的电耗为28．8kW·h，油耗为0．22kg。33．62、1．89、0．72g／t；而Hg、Cd和As的外排情况②填埋：污泥填埋过程涉及到压实机、推土机与以上五种重金属有所不同，根据研究结果显示，等机械，根据估算，污泥填埋油耗为4．2kg,／t污泥。№和Cd的焚烧挥发性最高，As介于Pb和cr之③焚烧：每吨污泥完成单独焚烧处置所需外间_6J。以此估算，污泥焚烧Hg、cd、As的外排量分加燃油为24．6kg，耗电为14kW·h。别为0．003、0．067、0．59g／t。2．2土地占用3环境影响评价①好氧发酵：据统计，好氧发酵工艺占地面积环境影响评价选用欧盟的ECO—Indicator99指为100—120m／t污泥，清单分析中取均值为110标法，结合SIMPRO生命周期评价系统，对目前国内l'n／t污泥。三种典型的污泥处理处置工艺进行环境影响评价和②填埋：填埋占用的土地资源较多，以厦门市综合比较分析。该指标评价体系包括了评价对象在·12·\n刘洪涛，等：城镇污水处理厂污泥处理处置工艺生命周期评价第29卷第6期原料获取、运输、加工、处理(处置)等整个过程的环被垃圾填埋场排斥。部分垃圾填埋场建有气体收集境指标分数，通过对产品生产、使用、处理废弃过程利用系统，但污泥填埋的产气率相对不稳定，不适合进行评分得到产品各因素环境负荷，再经过标准化建设填埋气利用设备，因此大量甲烷排放成为必然。和加权得到主要的三个环境影响方面的分值，即：人甲烷的温室效应较强，从我国目前污泥处置的比例体健康、生态系统和资源利用。将环境影响负荷细来看，约占70％的污泥采取了填埋处置。因此污泥分为致癌风险、温室效应、土地占用和能耗四个子层填埋导致的甲烷排放成为污泥处理处置温室效应控面，三种典型工艺的环境影响负荷见表1。制的重中之重。从综合评价结果来看，好氧发酵无表1污泥处理处置工艺的环境影响负荷比较疑是充分体现无害化和资源化原则的污泥处理(处Tab．1Comparisonofenvironmentalloadfordiferentsludge置)工艺。treatmentanddisposaltechnologies影响类型好氧发酵填埋焚烧参考文献：致癌风险O．140．781．09[1]刘洪涛，陈同斌，杭世琚，等．不同污泥处理与处置工温室效应O．311．010．48艺的碳排放分析[J]．中国给水排水，2010，26(17)：土地占用4．405．652．15106—108．能耗0．490．713．50[2]龚大国，孙冬，谢明，等．城市生活垃圾焚烧和综合处总影响负荷5．348．157．22理模式的LCA比较[J]．环境卫生工程，2008，16(4)：由表1可看出，在致癌风险项上，与填埋和好氧52—55．发酵工艺相比，焚烧工艺的分值要高出40％一[3]易晓娥，张江山．LCA方法在城市管理中的应用[J]．670％。而在温室效应上，填埋表现出较强的潜力，安全与环境工程，2004，11(2)：42—44．焚烧工艺次之，这分别与焚烧的烟气外排和填埋甲[4]廖艳芬，漆雅庆，马晓茜．城市污水污泥焚烧处理环境烷无序排放有密切关系。在土地占用项上，填埋表影响分析[J]．环境科学学报，2009，29(11)：2359—现出较高的分值，好氧发酵次之，填埋是由于污泥占2365．用了大量土地资源，且此过程为不可逆。好氧发酵[5]张岩，池涌，李建新，等．污泥焚烧过程中重金属排放由于污泥在发酵池内呈堆置状，因此占地相对较高。特性试验研究[J]．电站系统工程，2005，21(3)：27—29．在能耗项上，焚烧的负荷值最高，这主要是因为焚烧消耗的外加辅助燃料比例较高。而填埋和好氧发酵[6]YaoH，NaruseI．Combustioncharacteristicsofdriedsew—则只涉及较少的机械设备，因此能耗较低，分别仅为agesludgeandcontroloftracemetalemission[J]．Ener—gYFuels，2005，19(6)：2298—2303．焚烧能耗的20％和14％。4生命周期解释根据三种典型工艺的横向比较结果，无论是温室效应、致癌风险、土地占用还是能耗，好氧发酵均体现出明显优势。焚烧工艺的土地占用和温室效应处于一个可接受状态，但致癌风险较高，这也是一直以来困扰焚烧工艺发展的主要瓶颈，如何有效解决污染源是焚烧能否快速发展的关键所在。同时，焚烧工艺最受诟病的影响因子是能耗，外加大量辅助作者简介：刘洪涛(1978一)，男，天津人，博燃料从而增加运行成本。从影响负荷对比结果来士，助理研究员，主要从事有机废弃物看，填埋的主要问题是温室效应和土地占用，这也是资源化利用方面的研究。影响污泥填埋运行的实际障碍。在很多地区垃圾填E—mail：chentb@igsnrr．ac．cn埋场拒收污泥，除污泥堵塞填埋渗滤系统的原因外，liuht@igsnrr．ac．cn更为主要的是可供填埋的土地资源越来越少，污泥收稿日期：2012—10—11·13·