德國2017年最新污泥處理處置法規(guī)、 技術(shù)動向
高穎博士為您解讀德國2017年最新污泥處理處置法規(guī)、 技術(shù)動向
原創(chuàng)2017-08-11高穎 德國DEW公司中國給水排水
導(dǎo)讀
經(jīng)過十多年的修訂，德國污水處理廠污泥法
(AbfKlärV)將在2017年8月正式宣布生效。新
版規(guī)范明確規(guī)定, 在規(guī)定的過渡期(12年或15
年)之后，所有規(guī)模超過5萬人口當(dāng)量的污水
廠都必須從污泥或者污泥灰燼內(nèi)進行磷回
收，同時禁止污泥土地利用。
1
背 景
長期以來,德國關(guān)于市政污泥農(nóng)用的爭論從未停止過, 以前反對農(nóng)用的原因是市政污泥內(nèi)重金屬含量超標(biāo),而目前的矛頭直指有機污染物質(zhì),主要指污泥內(nèi)的殘留藥物和化妝品物質(zhì)。
根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局(Destatis)2016年12月公布的德國市政污泥處置的最新數(shù)據(jù)，2015年產(chǎn)生約180萬噸市政污泥(DS),約36%用于農(nóng)田、景觀建設(shè)和土壤改善劑。雖然市政污泥內(nèi)的一些有害物質(zhì)(鎘、汞、二惡英、各種全氟烷化合物PFC)的含量在最近20年內(nèi)已經(jīng)大幅下降(最高可達95%),許多作為農(nóng)肥的市政污泥成分符合法規(guī)要求并不會影響土壤，但市政污泥直接作為肥料的作法，在德國的接受程度仍在不斷下降。
另外約64%的市政污泥經(jīng)過熱處置后填埋或者作為灰燼用于道路建設(shè)或礦井填埋, 在此過程中，有用的磷資源被丟失。從2015年的數(shù)據(jù)來看，“焚燒增加，農(nóng)用減少”的趨勢仍在持續(xù)發(fā)展。
另一方面從全球磷儲存量(磷酸巖)分析,在不久的將來可能會導(dǎo)致磷的供給瓶頸。歐盟在2014年5月26日列出了一個緊缺原料的清單,磷 (磷礦石) 位列其中。對于礦化性磷來說，德國和幾乎所有歐盟國家均依賴進口, 而且都是從一些政治不穩(wěn)定的國家或地區(qū)進口。
因此，不管是按照“垃圾資源回收原則”進行分析，還是從長期確保磷資源供給角度來看，都應(yīng)該從污水或市政污泥內(nèi)進行磷回收，因為這部分磷物質(zhì)流是最主要的次級磷資源主要來源。理論估算，在市政污泥或污水中的總磷量(通常是以正磷酸鹽形式出現(xiàn))，可以覆蓋農(nóng)業(yè)化肥需要量的50%~60%。
2
新版法規(guī)的主要更新
新版市政污泥規(guī)范中的主要更新內(nèi)容：一方面對今后過渡時期內(nèi)還進行“土地利用”的污泥處置提出了更嚴(yán)格的要求，另一方面要求在過渡期之后，大型污水處理廠必須在市政污泥或者從市政污泥焚燒廠的灰燼進行磷回收。
2.1
法律強制規(guī)定大型污水廠進行磷回收
根據(jù)這一規(guī)范法則，所有大于10萬人口當(dāng)量[德國人口當(dāng)量解釋:60 gBOD/（人·žd）。德國人均耗水150~200 L/（人·žd），污水BOD的平均濃度300~350 mg/L]的污水處理廠必須最晚在規(guī)范生效之后12年內(nèi)，所有大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠必須最晚在規(guī)范生效之后15年內(nèi)完成磷回收裝置。在這些大型污水處理廠內(nèi)，只有以下例外情況可以免除磷回收義務(wù):即市政污泥內(nèi)始終能夠證明含有很低的磷含量(＜20 gP/kgDS)。
伴隨12和15 年兩個個階梯式過渡期的是逐步禁止以土地利用為基礎(chǔ)的市政污泥處置途徑。簡單地說: 在12年過渡期之后，對于所有來自大于10萬人口當(dāng)量的污水處理廠的市政污泥不再允許土地利用; 在15年過渡期之后，對于所有來自大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠的市政污泥不再允許土地利用。
此規(guī)范沒有規(guī)定所必須采用的具體磷回收工藝技術(shù);污水處理廠既可以建造單獨污泥焚燒裝置，然后從污泥灰燼內(nèi)進行磷回收, 也可以采用化學(xué)結(jié)晶沉淀工藝進行磷回收(例如鳥糞石MAP工藝)。
此規(guī)范為大面積采用磷回收工藝提供了足夠的過渡時期。主要原因是目前只有一部分從市政污泥(或者污水)進行磷回收的工藝是成熟技術(shù)，而從市政污泥灰燼內(nèi)進行磷回收的工藝，目前在德國還沒有大型裝置運轉(zhuǎn)的成功經(jīng)驗。
各種磷回收利用方法只有在以下情況下才被定義為磷回收處置工藝, 即從市政污泥或者從市政污泥單焚燒裝置的灰燼或者在特殊市政污泥混燒裝置內(nèi)產(chǎn)生的污泥灰燼內(nèi)進行磷回收。
在采用化學(xué)沉淀結(jié)晶工藝的市政污水處理廠內(nèi), 一般都可以產(chǎn)生磷酸銨鎂(MAP)。但此規(guī)范規(guī)定, 再采用此工藝必須保證被處理后的市政污泥內(nèi)磷含量＜20 gP/kgDS或者至少降低污泥內(nèi)磷含量50%�；厥罩蟮牧状蟛糠肿鳛榉柿匣蛘哌M一步加工制成化肥。
對于污泥灰燼來說，磷回收處理工藝目前還處于開發(fā)階段, 含磷灰燼必須加工處理之后才能夠產(chǎn)生磷酸, 可以廣泛應(yīng)用在化肥生產(chǎn)過程中。但是肥效試驗顯示, 從單污泥焚燒裝置內(nèi)獲得含磷灰燼如果不額外進行處理，則一般情況下這些灰燼的肥料不如鳥糞石(MAP)。
此法律還規(guī)定，當(dāng)市政污泥在單污泥焚燒裝置或者在等價的混燒裝置內(nèi)熱處置時，必須至少將污泥80%的磷回收利用。這樣才能保證在熱處置過程中的磷回收效率高于普通的化學(xué)沉淀結(jié)晶方法。
圖1 德國2017年8月生效的污泥法規(guī)(AbfKlärV修訂版)實施要求和途徑
2.2
免除磷回收義務(wù)的例外
在規(guī)范內(nèi)，描述了在以下2種情況下可以免除磷回收的義務(wù):
-
規(guī)定在小型市政污水處理廠(小于5萬人口當(dāng)量)內(nèi)，除了可以進行磷回收之外，今后和至少在過渡期之后也長期可以采用土地利用方式進行污泥處置。
-
對于規(guī)模大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠來說，只有在長期證明污泥含磷量很低情況下(＜20 gP/kgDS)才屬于例外情況。在這種情況下，這些市政污泥可以在不進行磷回收情況下直接送水泥廠、垃圾焚燒廠和煤電廠進行焚燒處理。
如果污水處理廠為了達到出水磷含量法定指標(biāo)，已經(jīng)采用了除磷工藝，則也必須按照以上規(guī)范進行磷回收。
最晚至2023年，將在德國所有污水處理廠內(nèi)檢查此規(guī)范的執(zhí)行情況。所有污水處理廠必須根據(jù)規(guī)范第4條款向有關(guān)管理機關(guān)提交具體的磷回收實施方案，然后由聯(lián)邦環(huán)保部進行評估。
2.3
一些重要術(shù)語概念
目前在AbfKlärV規(guī)范條款2內(nèi)對一些專業(yè)術(shù)語的概念做了精確說明和補充。
* 市政污泥
污水廠污泥是指在污水處理裝置(包括在深度處理裝置)內(nèi)產(chǎn)生的污泥。根據(jù)德國污泥處理規(guī)范，以下污泥也都屬于污水廠污泥，并屬于規(guī)范處理范圍：
-所有濃縮、脫水或干化或其他形式處理后的污泥
-在家庭污水處理裝置或植物床內(nèi)產(chǎn)生的污泥
-污水廠污泥堆肥物料(堆肥之后的污泥混合物)和污水廠污泥混合物[指附件2內(nèi)，污水廠污泥和德國肥料規(guī)范內(nèi)表格11和12(分別根據(jù)相應(yīng)版本)其他合適物料相互之間的混合物]
以下污泥不屬于德國污泥規(guī)范的處理內(nèi)容：
-原生污泥，是指未經(jīng)處理便從污水處理裝置內(nèi)分離取出的污泥。脫水處理后原生污泥不被認為是污水廠污泥。
-通過強化處理后的市政污泥, 例如焚燒之后的灰燼或者熱解之后的材料也不屬于污水廠污泥。
* 污泥堆肥
污泥堆肥的概念在此規(guī)范也有具體說明，必須就制作這些堆肥的生產(chǎn)工藝進行補充說明。根據(jù)此條例，在這些混合物內(nèi)除了污水廠污泥之外，只能采用德國肥料法允許的物料作為混合物料。此外，今后對污泥混合物 /污泥堆肥所允許的混合組成將引入新的管理條例。通過使用德國肥料條例規(guī)定，對哪些材料能作為混合物料的決定將變得簡單容易。
* 污水
在此對污水概念做了精確定義。在應(yīng)用此規(guī)范時，污水與污泥一起具有最重要的作用, 在此規(guī)范內(nèi)容內(nèi)除了由市政污水產(chǎn)生的污泥之外，只要工業(yè)廢水的組成與市政污水類似，則工業(yè)廢水處理裝置內(nèi)所產(chǎn)生的污泥也屬于規(guī)范應(yīng)用范圍。
2.4
污泥質(zhì)量自管理系統(tǒng)的引入
以前德國污泥處理規(guī)范只是對污泥農(nóng)用或園林使用做了規(guī)定, 而新版污泥處理規(guī)范則對各種形式的污泥處置，特別是對景觀利用，向污泥混合商/污泥堆肥商供貨提供污泥以及污泥混合商/污泥堆肥商供貨提供污泥產(chǎn)品時都提出了要求。
此外，新版污泥規(guī)范還第一次對質(zhì)量合格的污水廠污泥、污泥混合物和污泥堆肥處置時做了具體規(guī)定，其中包括對質(zhì)量管理授權(quán)單位和在使用由這些授權(quán)單位發(fā)出的質(zhì)量證書所做出的規(guī)定。這樣做的目的是設(shè)法讓污水廠自己對污泥進行定期質(zhì)量檢查并形成制度，并由中立的“第三方”(質(zhì)量管理授權(quán)單位)進行管理和頒發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量證書。
此污泥規(guī)范只是列出少量需要了解的測定參數(shù), 但是明確說明必須參照德國肥料法和德國土地保護和土地修復(fù)法規(guī)內(nèi)規(guī)定的測試參數(shù)。
在污泥進行農(nóng)用處置時，所規(guī)定的申請和供貨程序有以下重大變化:
·土地利用時必須測試的土壤參數(shù): 土壤類型、pH值、 (新的)腐殖質(zhì)含量、正態(tài)磷、重金屬、多氯聯(lián)苯(PCB)和新補充的測試參數(shù)苯并芘(Benzopyren)。
·根據(jù)不同的土壤類型，pH值或者腐殖質(zhì)含量，重金屬極限指標(biāo)分別對待處理。
·對于污水廠污泥所測試的參數(shù)：除了原來規(guī)范規(guī)定的測試內(nèi)容之外, 還必須額外測定磷(總磷)、堿性物質(zhì) (以CaO計算)和苯并芘(Benzopyren)。
·在德國肥料規(guī)范 DüMV內(nèi)規(guī)定測試鐵、砷、鉈、Cr6+和全氟辛酸鹽(PFOA + PFOS)。
·對污泥的測試頻率是每隔3個月一次或者每處理250t絕干污泥之后測試一次。
·必須至少在污泥處置之前3 周時間進行申請。
·新款申請單和供貨單。
此外還補充了以下內(nèi)容：
·供貨至景觀利用 (土壤修復(fù)、生態(tài)景觀)
·供貨至污泥混合商和污泥堆肥商, 同時提供最終供貨地的證明材料(供貨單)
·污泥混合物農(nóng)用時的申請和供貨時程序
·質(zhì)量證書獲得之后的報道
·縣級政府每年為污泥、污泥混合和污泥堆肥制作污泥處置計劃表
所有供貨情況都必須詳細登記列出檔案，最晚在次年3月15日以電子文件形式遞交相關(guān)政府部門。
2.5
與德國肥料法(DüMV)的區(qū)別和絮凝劑的使用
2012年的德國循環(huán)經(jīng)濟法(§ 11 Abs. 2 Satz 3 KrWG)規(guī)定，原則上德國肥料法(DüMV) 相對于垃圾處理法規(guī)(污水廠污泥和生物垃圾)具有優(yōu)先權(quán)。
自2015年1月1日開始，在進行污泥土壤利用時，必須嚴(yán)格按照德國肥料規(guī)范中的有害物質(zhì)規(guī)定濃度來執(zhí)行(見表1)。因為污水廠污泥的潛在危害特點, 除了執(zhí)行肥料法規(guī)定的有害物質(zhì)參數(shù)之外，還必須額外符合污泥規(guī)范內(nèi)所確定的有害物質(zhì)濃度。例如為了確保污泥處置的無害化，要求在土壤利用時污泥內(nèi)的多氯聯(lián)苯(PCB)、有機鹵素化合物的總和(AOX) 和苯并芘(作為多環(huán)芳香族烴的碳水化合物的主要物質(zhì)PAK)等都必須低于污泥規(guī)范內(nèi)規(guī)定的極限含量。除了對有機有害物質(zhì)的濃度做出規(guī)定之外，考慮到歐盟污泥導(dǎo)則中的規(guī)定，還對一些重金屬物質(zhì)，例如銅和鋅的含量規(guī)定了上限含量數(shù)值。此外，此規(guī)范還進一步做了內(nèi)容調(diào)整，在對污水廠污泥、污泥混合物和污泥堆肥進行研究測試時，垃圾法和肥料法的程序規(guī)定也進行了相應(yīng)的調(diào)整。今后在肥料法基礎(chǔ)上進行的有害物質(zhì)測試與污泥規(guī)范內(nèi)被測試的有害物質(zhì)參數(shù)相互承認，可以避免進行雙重測試工作。
表1 自2015年1月1日開始根據(jù)德國肥料法實施的上限數(shù)值(污泥內(nèi)含量)
|
參數(shù) |
單位 |
污泥法規(guī)AbfKlärV |
肥料法DüMV |
|
砷 |
mg/kg DS |
- |
40 |
|
鉛 |
mg/kg DS |
900 |
150 |
|
鎘 |
mg/kg DS |
10或者 5* |
1.5 |
|
鉻(總體) |
mg/kg DS |
900 |
- |
|
鉻(Cr6+) |
mg/kg DS |
- |
2 |
|
銅 |
mg/kg DS |
800 |
900 |
|
鎳 |
mg/kg DS |
200 |
80 |
|
汞 |
mg/kg DS |
8 |
1 |
|
鉈 |
mg/kg DS |
- |
1 |
|
鋅 |
mg/kg DS |
2500或者2000 |
5000 |
|
有機鹵素化合物(AOX) |
mg/kg DS |
500 |
- |
|
多氯聯(lián)苯(PCB) |
mg/kg DS |
0.2 |
- |
|
PCDD/PCDF |
ngTCDD-TEQ/kg DS |
100 |
- |
|
I-TE二惡英和dI-PCB |
ngWHO-TEQ/kg DS |
- |
30 |
|
PFT |
mg/kg DS |
- |
0.1 |
注:*較輕的土壤，粘土含量<5%和pH值大于5和小于6時。
根據(jù)污泥規(guī)范，污泥農(nóng)用時原則上必須對多氯聯(lián)苯(PCB)和苯并芘進行測試; 重復(fù)測試間隔時間是10年。
根據(jù)肥料規(guī)范, 自2017年1月1日開始，當(dāng)污水處理(污泥脫水)過程中只有生物降解能力至少超過20 %(在2年內(nèi))的高分子絮凝劑才能被使用。通過這一規(guī)定，希望工業(yè)界能夠開發(fā)出完全和部分可生物降解的絮凝劑。
這一目標(biāo)目前顯然無法實現(xiàn)。規(guī)范也相應(yīng)進行了內(nèi)容調(diào)整:
-
至2018年，對傳統(tǒng)的高分子絮凝劑不進行用量限制
-
自2019年開始，對無法證明具有至少20%可生物降解的絮凝劑來說，必須實施用量限制措施。污泥農(nóng)用時，每年輸入農(nóng)田的高分子絮凝劑不能高于15kg/公頃。但對于可部分或全部降解的高分子絮凝劑來說，則不受這一用量規(guī)定的限制。
3
德國污泥處置途徑的歷史變化和發(fā)展趨勢
圖2顯示了德國在1998-2015年期間污水廠污泥的處置發(fā)展情況。
圖2 德國在1998-2015年期間污水廠污泥的處置發(fā)展情況
-早在1993年5月14日，德國推出垃圾填埋法(TA Siedlungsabfall，簡稱TASi)，只允許有機物含量不超過3%的垃圾物質(zhì)才能填埋。這一法律經(jīng)過12年過渡時期之后徹底禁止污泥填埋，2005年完全關(guān)閉了污泥填埋途徑。
-隨著德國2005年全面禁止污泥填埋之后，污泥總體產(chǎn)量呈現(xiàn)稍微下降的趨勢，主要原因是在污泥脫水過程中，石灰添加量下降。
-在2005年之后，以物質(zhì)利用為基礎(chǔ)的污泥處置量逐步下降, 相反熱處置污泥總量不斷增加。主要原因是德國肥料法規(guī)(DüMV)對污泥內(nèi)有害物質(zhì)的上限含量做出了十分嚴(yán)格的規(guī)定。
-此外在污泥農(nóng)用時，2015年出臺了更為嚴(yán)格的德國肥料法(DüMV)，要求污泥脫水時采用可生物降解的高分子絮凝劑。如果采用不能降解的化學(xué)高分子絮凝劑，則污泥農(nóng)用時的使用量將有數(shù)量限制要求。
-自2006年以來，德國一直討論污泥處理法律(AbfKlärV)更新版本。鑒于土地利用的污泥處置途徑不安全，許多污水處理廠將污泥處置轉(zhuǎn)到較為安全的熱處置途徑
-在已經(jīng)熱處置的污泥總量中，主要是單污泥焚燒處置量和煤電廠混燒處置量，大約各占一半; 只有少量污泥是在水泥窯和垃圾焚燒廠內(nèi)被處置。
馬上就要出臺的新版德國施肥法(DüV)和新版德國污泥處理法(AbfKlärV)將會進一步導(dǎo)致物質(zhì)利用的污泥處置量降低，因為:
-目前所討論的新版污泥法規(guī)(AbfKlärV)，規(guī)定對超過5萬人口當(dāng)量的污水處理廠將禁止污泥農(nóng)用。這將導(dǎo)致今后物質(zhì)利用的污泥處置量進一步下降。同時，以法律方式強制要求污水處理廠進行磷回收。從污泥產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析，在德國總計約有9300家污水處理廠，符合磷回收規(guī)模要求的有500家。這500家大型的污水處理廠所產(chǎn)生的污泥總量約占德國污泥總量的70%。
-雖然在德國農(nóng)村地區(qū)擁有數(shù)量眾多的小型污水處理廠，但是自2015年開始，肥料規(guī)范內(nèi)提出了更為嚴(yán)格的有害物含量上限要求，進一步限制了市政污泥的農(nóng)用途徑。許多污泥雖然可以農(nóng)用，但是必須進入嚴(yán)格的污泥質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)：污泥濃縮脫水時必須采用可生物降解的絮凝劑，定期檢查污泥和農(nóng)田土壤的各種指標(biāo)。農(nóng)用處置的費用也不會便宜。相反，很多小型污水處理廠都開始采用太陽能干化裝置進行污泥干化處理，然后干泥被收集去單污泥焚燒廠集中處置。
污泥干化焚燒將是德國今后主要的污泥處置途徑。其中，污泥最后的主要去處是單污泥焚燒裝置和煤電廠混燒裝置。
4
目前市場上的磷回收技術(shù)狀況
在德國污泥規(guī)范中，沒有強制規(guī)定污水廠采用哪種磷回收工藝,考慮到創(chuàng)新開發(fā)磷回收工藝和審批手續(xù)問題，這次給予的過渡時間相對較長。在污泥規(guī)范生效之后，10萬人口當(dāng)量以上的污水廠必須在12年內(nèi)完成磷回收裝置，5萬人口當(dāng)量以上的污水廠必須在15年內(nèi)完成磷回收裝置。
理論上，可在污水處理廠內(nèi)許多地方進行磷回收(圖 3):
-
首先進行污泥焚燒處理，然后從污泥灰燼中濃縮抽提磷物質(zhì),
-
或者首先從污水或脫水污泥中抽提磷物質(zhì)，然后進行污泥焚燒處理。
在對焚燒后的污泥灰燼進行磷回收時，可以采用熱化學(xué)或濕化學(xué)工藝。根據(jù)所采用的不同工藝技術(shù)，磷回收的效率各不相同,所需要的投資設(shè)備、能耗或化學(xué)藥劑費用也差異很大。此外，就磷回收產(chǎn)品中的有害物質(zhì)含量和植物可利用性能而言，最終產(chǎn)品的質(zhì)量有很大區(qū)別。
在圖3內(nèi)顯示了在污水污泥處理過程中的各種物流情況和各種磷回收工藝技術(shù)的安裝地點。目前沒有一種磷回收工藝十全十美。
圖3 磷回收工藝技術(shù)應(yīng)用地點
-
從液體中進行磷回收時，雖然投資費用不高，但磷回收效率一般在50%以下，無法滿足規(guī)范要求。
-
采用濕氧化工藝對脫水污泥進行磷回收雖然效率很高，但工藝復(fù)雜，投資費用很高，一般只能建造集中式大型裝置對脫水污泥或干化后污泥進行磷回收，不能對污水或稀漿污泥進行磷回收，磷回收效率一般為70%。
-
采用單污泥焚燒也有問題, 主要是焚燒裝置造價十分昂貴。雖然磷回收效率很高，甚至可以高達90%，但在對灰燼進行磷回收時，至今還未能將重金屬有效去除, 含磷回收物質(zhì)還不能毫無顧慮地直接作為肥料使用。舉例來說，目前在瑞士蘇黎世污水處理廠雖然目前計劃建造了單污泥焚燒裝置，但所產(chǎn)生的含磷灰燼是暫時中間儲存，等待今后合適的灰燼磷回收技術(shù)出現(xiàn)。
雖然近10多年來，德國政府投入大量人力和資金開發(fā)了各種類型的磷回收裝置，但在歐洲正式長期成功運轉(zhuǎn)的大型磷回收裝置工藝數(shù)量不多。
從近10年市場上磷回收技術(shù)的應(yīng)用情況來看，比較成功應(yīng)用的磷回收技術(shù)是由有德國PCS公司開發(fā)的Struvex工藝(原來稱AirPrex工藝)，這些以鳥糞石(MAP)工藝為基礎(chǔ)的大型商業(yè)裝置已經(jīng)成功地應(yīng)用在德國Mönchengladbach-Neuwerk 污水處理廠, 德國柏林Waßmannsdorf污水處理廠和荷蘭阿姆斯特丹污水處理廠。這些裝置雖然操作簡單，經(jīng)濟效益高，但磷回收效率是在25%~30%，還不能滿足現(xiàn)在德國污泥規(guī)范所確定的磷回收要求。
如果在污泥消化塔之前對污泥進行熱水解處理, 同時采用改進之后的第二代Struvex磷回收工藝，可設(shè)法將磷回收效率提高達到50%以上。許多污水處理廠周圍沒有污泥單焚燒裝置, 可以在污水處理廠內(nèi)直接采用這些簡單技術(shù)進行經(jīng)濟有效的液相磷回收。
除了從污泥液相中直接進行磷回收之外，目前德國還在考慮建造以污泥灰燼為基礎(chǔ)的磷回收處理工藝。為了能夠高效率回收磷, 一般是以磷酸或者分子磷(P4)形式進行磷回收，并用于工業(yè)用途或者作為農(nóng)用的磷肥或者作為肥料生產(chǎn)的替代原料。但迄今為止，還沒有看到成功運轉(zhuǎn)的大型工程實例。
考慮到從污泥灰燼內(nèi)抽提回收磷的技術(shù)還未成熟，此污泥新規(guī)范規(guī)定，污泥單焚燒之后的灰燼可以暫時中間儲存和單獨填埋，等到以后技術(shù)成熟之后再將這些富磷灰燼重新挖出進行磷回收處理。
污泥規(guī)范生效之后，估計整個德國或者各個州政府會進行以下工作:
-對所有污水處理廠進行調(diào)查工作。大規(guī)模地了解污泥中的磷含量，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
-討論確定經(jīng)濟補助方式，建造磷回收樣板工程。
-然后在這一基礎(chǔ)上，才能討論在哪些地方采用哪些類型的磷回收處理工藝。通過這些數(shù)據(jù)，還可以討論是否建立污水處理廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，共同建造集中型磷回收裝置。
-在2022年之前，每個污水處理廠都必須拿出實施可行的磷回收處理方案,寫明處理工藝并標(biāo)出裝置安裝場所。
估計在評估階段結(jié)束(2023年)之后，德國才會出現(xiàn)井噴式的各種新磷回收技術(shù)和大規(guī)模的裝置投資情況, 因為目前還需要一段時間進行技術(shù)研究開發(fā)，才能生產(chǎn)出各種高效經(jīng)濟的磷回收設(shè)備。
5
總結(jié)和展望
從這一情況來看，聯(lián)邦德國將是在歐盟內(nèi)第一個國家通過法規(guī)進行磷回收。在此規(guī)范生效之后，最晚至2023年，所有規(guī)模大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠都必須提交可實施執(zhí)行的磷回收處理方案; 最晚至2032 年，所有規(guī)模大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠都必須進行磷回收處理，同時禁止以土地利用為基礎(chǔ)的污泥處置方式。
這些污水處理廠的脫水污泥都是熱處置，兩條途徑可供選擇：
-如果污泥干化焚燒之前已經(jīng)過MAP磷回收處理，則可被混燒處置，污泥處置價格相對便宜。
-如果污泥焚燒之前未被脫磷處理，則必須進行單獨污泥焚燒處理，然后對灰燼進行磷回收。
根據(jù)這一污泥規(guī)范，可將磷從污泥灰燼或者直接從污泥或污水中抽提取出。只有當(dāng)以下例外情況時可以免除磷回收的義務(wù):
-污泥中磷含量特別低
這些大型的污水處理廠，如果磷含量少于2%(以干物質(zhì)計算20gP/kgDS)，方可允許混合焚燒。
-規(guī)模小于5萬人口當(dāng)量的污水廠
如果污泥質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，可以繼續(xù)作為肥料直接農(nóng)用。對于這些土地利用的污泥來說, 今后除了政府監(jiān)視之外，還將進一步引入建立污泥質(zhì)量自管理體系。
德國就污泥處理處置問題經(jīng)歷了30多年爭論，先后以法律形式在2005年關(guān)閉污泥填埋處置途徑，而現(xiàn)在又出臺污水廠污泥規(guī)范(AbfKlärV)，將在2032年關(guān)閉所有大中型污水處理廠的污泥農(nóng)用處置途徑。這一法律對今后德國污泥處置和磷回收確定了明確的框架條件：
-在今后的15年內(nèi)，德國聯(lián)邦政府和各州政府將推出各種資金補貼措施，促進各種磷回收技術(shù)的開發(fā)
-單污泥焚燒和煤電廠混燒今后將轉(zhuǎn)變成德國主要的污泥處置途徑。
單污泥焚燒和技術(shù)性磷回收將成為德國污泥處理處置市場上的主流技術(shù)。
高穎博士為您解讀德國2017年最新污泥處理處置法規(guī)、 技術(shù)動向
導(dǎo)讀
經(jīng)過十多年的修訂，德國污水處理廠污泥法(AbfKlärV)將在2017年8月正式宣布生效。新版規(guī)范明確規(guī)定, 在規(guī)定的過渡期(12年或15年)之后，所有規(guī)模超過5萬人口當(dāng)量的污水廠都必須從污泥或者污泥灰燼內(nèi)進行磷回收，同時禁止污泥土地利用。
1
背 景
長期以來,德國關(guān)于市政污泥農(nóng)用的爭論從未停止過, 以前反對農(nóng)用的原因是市政污泥內(nèi)重金屬含量超標(biāo),而目前的矛頭直指有機污染物質(zhì),主要指污泥內(nèi)的殘留藥物和化妝品物質(zhì)。
根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局(Destatis)2016年12月公布的德國市政污泥處置的最新數(shù)據(jù)，2015年產(chǎn)生約180萬噸市政污泥(DS),約36%用于農(nóng)田、景觀建設(shè)和土壤改善劑。雖然市政污泥內(nèi)的一些有害物質(zhì)(鎘、汞、二惡英、各種全氟烷化合物PFC)的含量在最近20年內(nèi)已經(jīng)大幅下降(最高可達95%),許多作為農(nóng)肥的市政污泥成分符合法規(guī)要求并不會影響土壤，但市政污泥直接作為肥料的作法，在德國的接受程度仍在不斷下降。
另外約64%的市政污泥經(jīng)過熱處置后填埋或者作為灰燼用于道路建設(shè)或礦井填埋, 在此過程中，有用的磷資源被丟失。從2015年的數(shù)據(jù)來看，“焚燒增加，農(nóng)用減少”的趨勢仍在持續(xù)發(fā)展。
另一方面從全球磷儲存量(磷酸巖)分析,在不久的將來可能會導(dǎo)致磷的供給瓶頸。歐盟在2014年5月26日列出了一個緊缺原料的清單,磷 (磷礦石) 位列其中。對于礦化性磷來說，德國和幾乎所有歐盟國家均依賴進口, 而且都是從一些政治不穩(wěn)定的國家或地區(qū)進口。
因此，不管是按照“垃圾資源回收原則”進行分析，還是從長期確保磷資源供給角度來看，都應(yīng)該從污水或市政污泥內(nèi)進行磷回收，因為這部分磷物質(zhì)流是最主要的次級磷資源主要來源。理論估算，在市政污泥或污水中的總磷量(通常是以正磷酸鹽形式出現(xiàn))，可以覆蓋農(nóng)業(yè)化肥需要量的50%~60%。
2
新版法規(guī)的主要更新
新版市政污泥規(guī)范中的主要更新內(nèi)容：一方面對今后過渡時期內(nèi)還進行“土地利用”的污泥處置提出了更嚴(yán)格的要求，另一方面要求在過渡期之后，大型污水處理廠必須在市政污泥或者從市政污泥焚燒廠的灰燼進行磷回收。
2.1
法律強制規(guī)定大型污水廠進行磷回收
根據(jù)這一規(guī)范法則，所有大于10萬人口當(dāng)量[德國人口當(dāng)量解釋:60 gBOD/（人·žd）。德國人均耗水150~200 L/（人·žd），污水BOD的平均濃度300~350 mg/L]的污水處理廠必須最晚在規(guī)范生效之后12年內(nèi)，所有大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠必須最晚在規(guī)范生效之后15年內(nèi)完成磷回收裝置。在這些大型污水處理廠內(nèi)，只有以下例外情況可以免除磷回收義務(wù):即市政污泥內(nèi)始終能夠證明含有很低的磷含量(＜20 gP/kgDS)。
伴隨12和15 年兩個個階梯式過渡期的是逐步禁止以土地利用為基礎(chǔ)的市政污泥處置途徑。簡單地說: 在12年過渡期之后，對于所有來自大于10萬人口當(dāng)量的污水處理廠的市政污泥不再允許土地利用; 在15年過渡期之后，對于所有來自大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠的市政污泥不再允許土地利用。
此規(guī)范沒有規(guī)定所必須采用的具體磷回收工藝技術(shù);污水處理廠既可以建造單獨污泥焚燒裝置，然后從污泥灰燼內(nèi)進行磷回收, 也可以采用化學(xué)結(jié)晶沉淀工藝進行磷回收(例如鳥糞石MAP工藝)。
此規(guī)范為大面積采用磷回收工藝提供了足夠的過渡時期。主要原因是目前只有一部分從市政污泥(或者污水)進行磷回收的工藝是成熟技術(shù)，而從市政污泥灰燼內(nèi)進行磷回收的工藝，目前在德國還沒有大型裝置運轉(zhuǎn)的成功經(jīng)驗。
各種磷回收利用方法只有在以下情況下才被定義為磷回收處置工藝, 即從市政污泥或者從市政污泥單焚燒裝置的灰燼或者在特殊市政污泥混燒裝置內(nèi)產(chǎn)生的污泥灰燼內(nèi)進行磷回收。
在采用化學(xué)沉淀結(jié)晶工藝的市政污水處理廠內(nèi), 一般都可以產(chǎn)生磷酸銨鎂(MAP)。但此規(guī)范規(guī)定, 再采用此工藝必須保證被處理后的市政污泥內(nèi)磷含量＜20 gP/kgDS或者至少降低污泥內(nèi)磷含量50%�；厥罩蟮牧状蟛糠肿鳛榉柿匣蛘哌M一步加工制成化肥。
對于污泥灰燼來說，磷回收處理工藝目前還處于開發(fā)階段, 含磷灰燼必須加工處理之后才能夠產(chǎn)生磷酸, 可以廣泛應(yīng)用在化肥生產(chǎn)過程中。但是肥效試驗顯示, 從單污泥焚燒裝置內(nèi)獲得含磷灰燼如果不額外進行處理，則一般情況下這些灰燼的肥料不如鳥糞石(MAP)。
此法律還規(guī)定，當(dāng)市政污泥在單污泥焚燒裝置或者在等價的混燒裝置內(nèi)熱處置時，必須至少將污泥80%的磷回收利用。這樣才能保證在熱處置過程中的磷回收效率高于普通的化學(xué)沉淀結(jié)晶方法。
圖1 德國2017年8月生效的污泥法規(guī)(AbfKlärV修訂版)實施要求和途徑
2.2
免除磷回收義務(wù)的例外
在規(guī)范內(nèi)，描述了在以下2種情況下可以免除磷回收的義務(wù):
-
規(guī)定在小型市政污水處理廠(小于5萬人口當(dāng)量)內(nèi)，除了可以進行磷回收之外，今后和至少在過渡期之后也長期可以采用土地利用方式進行污泥處置。
-
對于規(guī)模大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠來說，只有在長期證明污泥含磷量很低情況下(＜20 gP/kgDS)才屬于例外情況。在這種情況下，這些市政污泥可以在不進行磷回收情況下直接送水泥廠、垃圾焚燒廠和煤電廠進行焚燒處理。
如果污水處理廠為了達到出水磷含量法定指標(biāo)，已經(jīng)采用了除磷工藝，則也必須按照以上規(guī)范進行磷回收。
最晚至2023年，將在德國所有污水處理廠內(nèi)檢查此規(guī)范的執(zhí)行情況。所有污水處理廠必須根據(jù)規(guī)范第4條款向有關(guān)管理機關(guān)提交具體的磷回收實施方案，然后由聯(lián)邦環(huán)保部進行評估。
2.3
一些重要術(shù)語概念
目前在AbfKlärV規(guī)范條款2內(nèi)對一些專業(yè)術(shù)語的概念做了精確說明和補充。
* 市政污泥
污水廠污泥是指在污水處理裝置(包括在深度處理裝置)內(nèi)產(chǎn)生的污泥。根據(jù)德國污泥處理規(guī)范，以下污泥也都屬于污水廠污泥，并屬于規(guī)范處理范圍：
-所有濃縮、脫水或干化或其他形式處理后的污泥
-在家庭污水處理裝置或植物床內(nèi)產(chǎn)生的污泥
-污水廠污泥堆肥物料(堆肥之后的污泥混合物)和污水廠污泥混合物[指附件2內(nèi)，污水廠污泥和德國肥料規(guī)范內(nèi)表格11和12(分別根據(jù)相應(yīng)版本)其他合適物料相互之間的混合物]
以下污泥不屬于德國污泥規(guī)范的處理內(nèi)容：
-原生污泥，是指未經(jīng)處理便從污水處理裝置內(nèi)分離取出的污泥。脫水處理后原生污泥不被認為是污水廠污泥。
-通過強化處理后的市政污泥, 例如焚燒之后的灰燼或者熱解之后的材料也不屬于污水廠污泥。
* 污泥堆肥
污泥堆肥的概念在此規(guī)范也有具體說明，必須就制作這些堆肥的生產(chǎn)工藝進行補充說明。根據(jù)此條例，在這些混合物內(nèi)除了污水廠污泥之外，只能采用德國肥料法允許的物料作為混合物料。此外，今后對污泥混合物 /污泥堆肥所允許的混合組成將引入新的管理條例。通過使用德國肥料條例規(guī)定，對哪些材料能作為混合物料的決定將變得簡單容易。
* 污水
在此對污水概念做了精確定義。在應(yīng)用此規(guī)范時，污水與污泥一起具有最重要的作用, 在此規(guī)范內(nèi)容內(nèi)除了由市政污水產(chǎn)生的污泥之外，只要工業(yè)廢水的組成與市政污水類似，則工業(yè)廢水處理裝置內(nèi)所產(chǎn)生的污泥也屬于規(guī)范應(yīng)用范圍。
2.4
污泥質(zhì)量自管理系統(tǒng)的引入
以前德國污泥處理規(guī)范只是對污泥農(nóng)用或園林使用做了規(guī)定, 而新版污泥處理規(guī)范則對各種形式的污泥處置，特別是對景觀利用，向污泥混合商/污泥堆肥商供貨提供污泥以及污泥混合商/污泥堆肥商供貨提供污泥產(chǎn)品時都提出了要求。
此外，新版污泥規(guī)范還第一次對質(zhì)量合格的污水廠污泥、污泥混合物和污泥堆肥處置時做了具體規(guī)定，其中包括對質(zhì)量管理授權(quán)單位和在使用由這些授權(quán)單位發(fā)出的質(zhì)量證書所做出的規(guī)定。這樣做的目的是設(shè)法讓污水廠自己對污泥進行定期質(zhì)量檢查并形成制度，并由中立的“第三方”(質(zhì)量管理授權(quán)單位)進行管理和頒發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量證書。
此污泥規(guī)范只是列出少量需要了解的測定參數(shù), 但是明確說明必須參照德國肥料法和德國土地保護和土地修復(fù)法規(guī)內(nèi)規(guī)定的測試參數(shù)。
在污泥進行農(nóng)用處置時，所規(guī)定的申請和供貨程序有以下重大變化:
·土地利用時必須測試的土壤參數(shù): 土壤類型、pH值、 (新的)腐殖質(zhì)含量、正態(tài)磷、重金屬、多氯聯(lián)苯(PCB)和新補充的測試參數(shù)苯并芘(Benzopyren)。
·根據(jù)不同的土壤類型，pH值或者腐殖質(zhì)含量，重金屬極限指標(biāo)分別對待處理。
·對于污水廠污泥所測試的參數(shù)：除了原來規(guī)范規(guī)定的測試內(nèi)容之外, 還必須額外測定磷(總磷)、堿性物質(zhì) (以CaO計算)和苯并芘(Benzopyren)。
·在德國肥料規(guī)范 DüMV內(nèi)規(guī)定測試鐵、砷、鉈、Cr6+和全氟辛酸鹽(PFOA + PFOS)。
·對污泥的測試頻率是每隔3個月一次或者每處理250t絕干污泥之后測試一次。
·必須至少在污泥處置之前3 周時間進行申請。
·新款申請單和供貨單。
此外還補充了以下內(nèi)容：
·供貨至景觀利用 (土壤修復(fù)、生態(tài)景觀)
·供貨至污泥混合商和污泥堆肥商, 同時提供最終供貨地的證明材料(供貨單)
·污泥混合物農(nóng)用時的申請和供貨時程序
·質(zhì)量證書獲得之后的報道
·縣級政府每年為污泥、污泥混合和污泥堆肥制作污泥處置計劃表
所有供貨情況都必須詳細登記列出檔案，最晚在次年3月15日以電子文件形式遞交相關(guān)政府部門。
2.5
與德國肥料法(DüMV)的區(qū)別和絮凝劑的使用
2012年的德國循環(huán)經(jīng)濟法(§ 11 Abs. 2 Satz 3 KrWG)規(guī)定，原則上德國肥料法(DüMV) 相對于垃圾處理法規(guī)(污水廠污泥和生物垃圾)具有優(yōu)先權(quán)。
自2015年1月1日開始，在進行污泥土壤利用時，必須嚴(yán)格按照德國肥料規(guī)范中的有害物質(zhì)規(guī)定濃度來執(zhí)行(見表1)。因為污水廠污泥的潛在危害特點, 除了執(zhí)行肥料法規(guī)定的有害物質(zhì)參數(shù)之外，還必須額外符合污泥規(guī)范內(nèi)所確定的有害物質(zhì)濃度。例如為了確保污泥處置的無害化，要求在土壤利用時污泥內(nèi)的多氯聯(lián)苯(PCB)、有機鹵素化合物的總和(AOX) 和苯并芘(作為多環(huán)芳香族烴的碳水化合物的主要物質(zhì)PAK)等都必須低于污泥規(guī)范內(nèi)規(guī)定的極限含量。除了對有機有害物質(zhì)的濃度做出規(guī)定之外，考慮到歐盟污泥導(dǎo)則中的規(guī)定，還對一些重金屬物質(zhì)，例如銅和鋅的含量規(guī)定了上限含量數(shù)值。此外，此規(guī)范還進一步做了內(nèi)容調(diào)整，在對污水廠污泥、污泥混合物和污泥堆肥進行研究測試時，垃圾法和肥料法的程序規(guī)定也進行了相應(yīng)的調(diào)整。今后在肥料法基礎(chǔ)上進行的有害物質(zhì)測試與污泥規(guī)范內(nèi)被測試的有害物質(zhì)參數(shù)相互承認，可以避免進行雙重測試工作。
表1 自2015年1月1日開始根據(jù)德國肥料法實施的上限數(shù)值(污泥內(nèi)含量)
|
參數(shù) |
單位 |
污泥法規(guī)AbfKlärV |
肥料法DüMV |
|
砷 |
mg/kg DS |
- |
40 |
|
鉛 |
mg/kg DS |
900 |
150 |
|
鎘 |
mg/kg DS |
10或者 5* |
1.5 |
|
鉻(總體) |
mg/kg DS |
900 |
- |
|
鉻(Cr6+) |
mg/kg DS |
- |
2 |
|
銅 |
mg/kg DS |
800 |
900 |
|
鎳 |
mg/kg DS |
200 |
80 |
|
汞 |
mg/kg DS |
8 |
1 |
|
鉈 |
mg/kg DS |
- |
1 |
|
鋅 |
mg/kg DS |
2500或者2000 |
5000 |
|
有機鹵素化合物(AOX) |
mg/kg DS |
500 |
- |
|
多氯聯(lián)苯(PCB) |
mg/kg DS |
0.2 |
- |
|
PCDD/PCDF |
ngTCDD-TEQ/kg DS |
100 |
- |
|
I-TE二惡英和dI-PCB |
ngWHO-TEQ/kg DS |
- |
30 |
|
PFT |
mg/kg DS |
- |
0.1 |
注:*較輕的土壤，粘土含量<5%和pH值大于5和小于6時。
根據(jù)污泥規(guī)范，污泥農(nóng)用時原則上必須對多氯聯(lián)苯(PCB)和苯并芘進行測試; 重復(fù)測試間隔時間是10年。
根據(jù)肥料規(guī)范, 自2017年1月1日開始，當(dāng)污水處理(污泥脫水)過程中只有生物降解能力至少超過20 %(在2年內(nèi))的高分子絮凝劑才能被使用。通過這一規(guī)定，希望工業(yè)界能夠開發(fā)出完全和部分可生物降解的絮凝劑。
這一目標(biāo)目前顯然無法實現(xiàn)。規(guī)范也相應(yīng)進行了內(nèi)容調(diào)整:
-
至2018年，對傳統(tǒng)的高分子絮凝劑不進行用量限制
-
自2019年開始，對無法證明具有至少20%可生物降解的絮凝劑來說，必須實施用量限制措施。污泥農(nóng)用時，每年輸入農(nóng)田的高分子絮凝劑不能高于15kg/公頃。但對于可部分或全部降解的高分子絮凝劑來說，則不受這一用量規(guī)定的限制。
3
德國污泥處置途徑的歷史變化和發(fā)展趨勢
圖2顯示了德國在1998-2015年期間污水廠污泥的處置發(fā)展情況。
圖2 德國在1998-2015年期間污水廠污泥的處置發(fā)展情況
-早在1993年5月14日，德國推出垃圾填埋法(TA Siedlungsabfall，簡稱TASi)，只允許有機物含量不超過3%的垃圾物質(zhì)才能填埋。這一法律經(jīng)過12年過渡時期之后徹底禁止污泥填埋，2005年完全關(guān)閉了污泥填埋途徑。
-隨著德國2005年全面禁止污泥填埋之后，污泥總體產(chǎn)量呈現(xiàn)稍微下降的趨勢，主要原因是在污泥脫水過程中，石灰添加量下降。
-在2005年之后，以物質(zhì)利用為基礎(chǔ)的污泥處置量逐步下降, 相反熱處置污泥總量不斷增加。主要原因是德國肥料法規(guī)(DüMV)對污泥內(nèi)有害物質(zhì)的上限含量做出了十分嚴(yán)格的規(guī)定。
-此外在污泥農(nóng)用時，2015年出臺了更為嚴(yán)格的德國肥料法(DüMV)，要求污泥脫水時采用可生物降解的高分子絮凝劑。如果采用不能降解的化學(xué)高分子絮凝劑，則污泥農(nóng)用時的使用量將有數(shù)量限制要求。
-自2006年以來，德國一直討論污泥處理法律(AbfKlärV)更新版本。鑒于土地利用的污泥處置途徑不安全，許多污水處理廠將污泥處置轉(zhuǎn)到較為安全的熱處置途徑
-在已經(jīng)熱處置的污泥總量中，主要是單污泥焚燒處置量和煤電廠混燒處置量，大約各占一半; 只有少量污泥是在水泥窯和垃圾焚燒廠內(nèi)被處置。
馬上就要出臺的新版德國施肥法(DüV)和新版德國污泥處理法(AbfKlärV)將會進一步導(dǎo)致物質(zhì)利用的污泥處置量降低，因為:
-目前所討論的新版污泥法規(guī)(AbfKlärV)，規(guī)定對超過5萬人口當(dāng)量的污水處理廠將禁止污泥農(nóng)用。這將導(dǎo)致今后物質(zhì)利用的污泥處置量進一步下降。同時，以法律方式強制要求污水處理廠進行磷回收。從污泥產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析，在德國總計約有9300家污水處理廠，符合磷回收規(guī)模要求的有500家。這500家大型的污水處理廠所產(chǎn)生的污泥總量約占德國污泥總量的70%。
-雖然在德國農(nóng)村地區(qū)擁有數(shù)量眾多的小型污水處理廠，但是自2015年開始，肥料規(guī)范內(nèi)提出了更為嚴(yán)格的有害物含量上限要求，進一步限制了市政污泥的農(nóng)用途徑。許多污泥雖然可以農(nóng)用，但是必須進入嚴(yán)格的污泥質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)：污泥濃縮脫水時必須采用可生物降解的絮凝劑，定期檢查污泥和農(nóng)田土壤的各種指標(biāo)。農(nóng)用處置的費用也不會便宜。相反，很多小型污水處理廠都開始采用太陽能干化裝置進行污泥干化處理，然后干泥被收集去單污泥焚燒廠集中處置。
污泥干化焚燒將是德國今后主要的污泥處置途徑。其中，污泥最后的主要去處是單污泥焚燒裝置和煤電廠混燒裝置。
4
目前市場上的磷回收技術(shù)狀況
在德國污泥規(guī)范中，沒有強制規(guī)定污水廠采用哪種磷回收工藝,考慮到創(chuàng)新開發(fā)磷回收工藝和審批手續(xù)問題，這次給予的過渡時間相對較長。在污泥規(guī)范生效之后，10萬人口當(dāng)量以上的污水廠必須在12年內(nèi)完成磷回收裝置，5萬人口當(dāng)量以上的污水廠必須在15年內(nèi)完成磷回收裝置。
理論上，可在污水處理廠內(nèi)許多地方進行磷回收(圖 3):
-
首先進行污泥焚燒處理，然后從污泥灰燼中濃縮抽提磷物質(zhì),
-
或者首先從污水或脫水污泥中抽提磷物質(zhì)，然后進行污泥焚燒處理。
在對焚燒后的污泥灰燼進行磷回收時，可以采用熱化學(xué)或濕化學(xué)工藝。根據(jù)所采用的不同工藝技術(shù)，磷回收的效率各不相同,所需要的投資設(shè)備、能耗或化學(xué)藥劑費用也差異很大。此外，就磷回收產(chǎn)品中的有害物質(zhì)含量和植物可利用性能而言，最終產(chǎn)品的質(zhì)量有很大區(qū)別。
在圖3內(nèi)顯示了在污水污泥處理過程中的各種物流情況和各種磷回收工藝技術(shù)的安裝地點。目前沒有一種磷回收工藝十全十美。
圖3 磷回收工藝技術(shù)應(yīng)用地點
-
從液體中進行磷回收時，雖然投資費用不高，但磷回收效率一般在50%以下，無法滿足規(guī)范要求。
-
采用濕氧化工藝對脫水污泥進行磷回收雖然效率很高，但工藝復(fù)雜，投資費用很高，一般只能建造集中式大型裝置對脫水污泥或干化后污泥進行磷回收，不能對污水或稀漿污泥進行磷回收，磷回收效率一般為70%。
-
采用單污泥焚燒也有問題, 主要是焚燒裝置造價十分昂貴。雖然磷回收效率很高，甚至可以高達90%，但在對灰燼進行磷回收時，至今還未能將重金屬有效去除, 含磷回收物質(zhì)還不能毫無顧慮地直接作為肥料使用。舉例來說，目前在瑞士蘇黎世污水處理廠雖然目前計劃建造了單污泥焚燒裝置，但所產(chǎn)生的含磷灰燼是暫時中間儲存，等待今后合適的灰燼磷回收技術(shù)出現(xiàn)。
雖然近10多年來，德國政府投入大量人力和資金開發(fā)了各種類型的磷回收裝置，但在歐洲正式長期成功運轉(zhuǎn)的大型磷回收裝置工藝數(shù)量不多。
從近10年市場上磷回收技術(shù)的應(yīng)用情況來看，比較成功應(yīng)用的磷回收技術(shù)是由有德國PCS公司開發(fā)的Struvex工藝(原來稱AirPrex工藝)，這些以鳥糞石(MAP)工藝為基礎(chǔ)的大型商業(yè)裝置已經(jīng)成功地應(yīng)用在德國Mönchengladbach-Neuwerk 污水處理廠, 德國柏林Waßmannsdorf污水處理廠和荷蘭阿姆斯特丹污水處理廠。這些裝置雖然操作簡單，經(jīng)濟效益高，但磷回收效率是在25%~30%，還不能滿足現(xiàn)在德國污泥規(guī)范所確定的磷回收要求。
如果在污泥消化塔之前對污泥進行熱水解處理, 同時采用改進之后的第二代Struvex磷回收工藝，可設(shè)法將磷回收效率提高達到50%以上。許多污水處理廠周圍沒有污泥單焚燒裝置, 可以在污水處理廠內(nèi)直接采用這些簡單技術(shù)進行經(jīng)濟有效的液相磷回收。
除了從污泥液相中直接進行磷回收之外，目前德國還在考慮建造以污泥灰燼為基礎(chǔ)的磷回收處理工藝。為了能夠高效率回收磷, 一般是以磷酸或者分子磷(P4) 形式進行磷回收，并用于工業(yè)用途或者作為農(nóng)用的磷肥或者作為肥料生產(chǎn)的替代原料。但迄今為止，還沒有看到成功運轉(zhuǎn)的大型工程實例。
考慮到從污泥灰燼內(nèi)抽提回收磷的技術(shù)還未成熟，此污泥新規(guī)范規(guī)定，污泥單焚燒之后的灰燼可以暫時中間儲存和單獨填埋，等到以后技術(shù)成熟之后再將這些富磷灰燼重新挖出進行磷回收處理。
污泥規(guī)范生效之后，估計整個德國或者各個州政府會進行以下工作:
-對所有污水處理廠進行調(diào)查工作。大規(guī)模地了解污泥中的磷含量，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
-討論確定經(jīng)濟補助方式，建造磷回收樣板工程。
-然后在這一基礎(chǔ)上，才能討論在哪些地方采用哪些類型的磷回收處理工藝。通過這些數(shù)據(jù)，還可以討論是否建立污水處理廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，共同建造集中型磷回收裝置。
-在2022年之前，每個污水處理廠都必須拿出實施可行的磷回收處理方案, 寫明處理工藝并標(biāo)出裝置安裝場所。
估計在評估階段結(jié)束(2023年)之后，德國才會出現(xiàn)井噴式的各種新磷回收技術(shù)和大規(guī)模的裝置投資情況, 因為目前還需要一段時間進行技術(shù)研究開發(fā)，才能生產(chǎn)出各種高效經(jīng)濟的磷回收設(shè)備。
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總結(jié)和展望
從這一情況來看，聯(lián)邦德國將是在歐盟內(nèi)第一個國家通過法規(guī)進行磷回收。在此規(guī)范生效之后，最晚至2023年，所有規(guī)模大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠都必須提交可實施執(zhí)行的磷回收處理方案; 最晚至2032 年，所有規(guī)模大于5萬人口當(dāng)量的污水處理廠都必須進行磷回收處理，同時禁止以土地利用為基礎(chǔ)的污泥處置方式。
這些污水處理廠的脫水污泥都是熱處置，兩條途徑可供選擇：
-如果污泥干化焚燒之前已經(jīng)過MAP磷回收處理，則可被混燒處置，污泥處置價格相對便宜。
-如果污泥焚燒之前未被脫磷處理，則必須進行單獨污泥焚燒處理，然后對灰燼進行磷回收。
根據(jù)這一污泥規(guī)范，可將磷從污泥灰燼或者直接從污泥或污水中抽提取出。只有當(dāng)以下例外情況時可以免除磷回收的義務(wù):
-污泥中磷含量特別低
這些大型的污水處理廠，如果磷含量少于2%(以干物質(zhì)計算20gP/kgDS)，方可允許混合焚燒。
-規(guī)模小于5萬人口當(dāng)量的污水廠
如果污泥質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，可以繼續(xù)作為肥料直接農(nóng)用。對于這些土地利用的污泥來說, 今后除了政府監(jiān)視之外，還將進一步引入建立污泥質(zhì)量自管理體系。
德國就污泥處理處置問題經(jīng)歷了30多年爭論，先后以法律形式在2005年關(guān)閉污泥填埋處置途徑，而現(xiàn)在又出臺污水廠污泥規(guī)范(AbfKlärV)，將在2032年關(guān)閉所有大中型污水處理廠的污泥農(nóng)用處置途徑。這一法律對今后德國污泥處置和磷回收確定了明確的框架條件：
-在今后的15年內(nèi)，德國聯(lián)邦政府和各州政府將推出各種資金補貼措施，促進各種磷回收技術(shù)的開發(fā)
-單污泥焚燒和煤電廠混燒今后將轉(zhuǎn)變成德國主要的污泥處置途徑。
單污泥焚燒和技術(shù)性磷回收將成為德國污泥處理處置市場上的主流技術(shù)。
