1. Technologie voor slibbehandeling en -verwijdering
Van de huidige internationale slibbehandelings- en verwijderingsprojecten omvatten gangbare slibbehandelingsmethoden aerobe fermentatie (compostering), anaërobe vertering, drogen en verbranding. De verwijderingsmethoden van slib omvatten landgebruik, storten en uitgebreid gebruik. Vanwege verschillende nationale omstandigheden zijn de verwerkingsmethoden en technologieën die door elk land worden toegepast ook verschillend.
1.1 Aerobische fermentatie
Aerobische fermentatietechnologie voor slib is een nieuwe biologische behandelingstechnologie die gebruikmaakt van micro-organismen in slib voor fermentatie. In praktische toepassingen kan het onschadelijke, gereduceerde en vindingrijke effecten bereiken en heeft het de kenmerken van economie, bruikbaarheid, geen behoefte aan externe energie en geen secundaire vervuiling. Momenteel hebben binnenlandse en buitenlandse onderzoekers uitgebreid onderzoek gedaan naar conditiecontrole, controle van zware metalen, stikstofretentietechnologie en technische processen in het composteringsproces en hebben ze veel waardevolle resultaten behaald [2-7]. Na tientallen jaren van ontwikkeling heeft aerobische fermentatietechnologie voor slib grote vooruitgang geboekt, maar er zijn nog steeds enkele knelpunten in de technische theorie en het proces, zoals de behoefte aan een grote hoeveelheid hulpstoffen, moeilijkheden bij het beheersen van geuren en het bestaan van gezondheids- en veiligheidsrisico's voor mens en dier. Aerobische fermentatietechnologie heeft nog steeds een groot potentieel voor verbetering.
1.2 Anaërobe vergisting
Anaërobe vergisting van slib verwijst naar het proces waarbij facultatieve en anaërobe bacteriën biologisch afbreekbaar organisch materiaal in slib afbreken tot stabiele stoffen zoals koolstofdioxide, methaan en water onder anaërobe omstandigheden, terwijl het slibvolume wordt verminderd, geuren worden verwijderd, parasieteneieren worden gedood en het biogas dat tijdens het vergistingsproces wordt geproduceerd, wordt gerecycled. Anaërobe vergisting van slib is momenteel de meest gebruikte methode voor slibstabilisatie en hulpbronnengebruik internationaal, vanwege de efficiënte energieterugwinning en lage impact op het milieu. Veel wetenschappers internationaal hebben zich toegelegd op het onderzoek naar anaërobe vergistingstechnologie [8], die op grote schaal is toegepast en ontwikkeld. Over het algemeen heeft de anaërobe vergistingstechnologie van slib geen baanbrekende vooruitgang geboekt in China. De belangrijkste technologieën en apparatuur zijn voornamelijk afhankelijk van import, met relatief hoge investeringen en een slechte operationele efficiëntie. Er zijn obstakels bij het gebruik van biogas, die samen de beperkende factoren vormen voor de promotie en toepassing van deze technologie in China.
1.3 Drogen verbranding
Slibverbranding [9] verwijst naar het proces van het verwarmen van slib onder omstandigheden van overmatige luchttoevoer, en vervolgens oxideren, pyrolyseren en volledig vernietigen van organisch materiaal en ziekteverwekkers bij hoge temperaturen (850-1100 ℃). Er zijn verschillende soorten verbrandingsapparaten, en momenteel zijn de meest gebruikte verticale meertrapsverbrandingsovens, roterende verbrandingsovens, gefluïdiseerde verbrandingsovens, enz. Om energiebesparende doelen te bereiken, is het noodzakelijk om het slib eerst te drogen en het vochtgehalte ervan aanzienlijk te verminderen vóór verbranding. Daarom hanteren huidige slibverbrandingsprojecten over het algemeen een gecombineerd behandelingsproces van drogen en verbranding.
1.4 Landgebruik
Landgebruik verwijst naar het directe of indirecte gebruik van slib (na aerobe fermentatie of anaerobe vergisting) voor landbouwgrond, groentevelden, boomgaarden, gazons, vergroening en bodemverbetering, of het gebruik van slib dat voldoet aan bepaalde normen als dekgrond voor stortplaatsen. De afgelopen jaren hebben de Verenigde Staten, Canada en sommige EU-landen het gebruik van landgebruiktechnologie aangemoedigd om slib dat voldoet aan de slibvereisten voor vergroening, landherstel en andere doeleinden direct of aeroob te fermenteren. Het onderzoek richt zich voornamelijk op de stabilisatie en onschadelijke landgebruikmethoden van slib, de bemestingsefficiëntie van slib en de waarde ervan bij het verhogen van gewasopbrengsten. Er zijn ook relevante studies uitgevoerd naar de potentiële impact van slib op de bodemkwaliteit, planten en vervuilingsbestrijding [10-14].
1.5 Oceaanlozing
De werking van oceaanlozing is eenvoudig en de behandelingskosten zijn relatief laag voor kuststeden. Echter, met de versterking van ecologisch bewustzijn, maken mensen zich steeds meer zorgen over de mogelijke impact van sliblozing in de oceaan op het mariene ecologische milieu. De Verenigde Staten verboden het lozen van slib in de oceaan in 1988, en sinds eind 1998 verbiedt de European Community Urban Wastewater Treatment Act (91/271/EC) haar lidstaten om slib in de oceaan te lozen. De Chinese overheid accepteerde begin 1994 drie internationale overeenkomsten, waarin ze beloofden om vanaf 20 februari 1994 geen industrieel afval en rioolslib meer in zee te lozen.
1.6 Sanitaire stortplaats
De slibsanitaire stortplaats begon in de jaren 60, met een eenvoudige stortplaatsoperatie, lage kosten en een sterke aanpasbaarheid. Slib kan apart of samen met ander vast afval (zoals stedelijk afval) worden begraven. Maar er zijn enkele problemen [15]: vanwege het hoge watergehalte van slib en het feit dat het percolaat een hoge concentratie organisch afvalwater is, moet het worden verzameld en behandeld om secundaire vervuiling te voorkomen; De moeilijkheid om machines op stortplaatsen te verdichten is toegenomen; De sanitaire staat van de stortplaats is slecht.
Huidige situatie van slibverwerking in binnen- en buitenland
2.1 Huidige status van slibverwerking en -verwijdering in het buitenland
De behandeling en verwijdering van stedelijk rioolslib in het buitenland heeft een geschiedenis van bijna 100 jaar. Of het nu gaat om effectief gebruik of storten, het doel van slibbehandeling is hetzelfde als dat van andere afvalbehandeling, namelijk verminderen, stabiliseren, onschadelijk maken en hulpbronnen vrijmaken. Om dit doel te bereiken, is het noodzakelijk om een slibbehandelings- en verwijderingssysteem te vormen door de organische combinatie van verschillende machines en verwerkingsstructuren. De basisstappen van slibverwijdering zijn concentratie, dehydratie, drogen, verbranding, enz., die allemaal een rol kunnen spelen bij het concentreren van slib. Onder normale omstandigheden omvat de processtroom van slibbehandelingssystemen in buitenlandse steden over het algemeen de volgende vier categorieën [16]: (1) oorspronkelijk slib → concentratie → ontwatering → verwijdering van ontwateringsfilterkoek; (2) ruw slib → concentratie → dehydratie → verbranding → verwijdering van asinhoud; (3) Ruwe slib → concentratie → vertering → dehydratie → verwijdering van gedehydrateerde filterkoek; (4) Ruwe slib → concentratie → vertering → dehydratie → verbranding → verwijdering van asgehalte. Volgens statistieken van 318 rioolwaterzuiveringsinstallaties in Japan [17] is slibbehandelingsmethode (1) goed voor 34%; methode (2) is goed voor 8,8%; methode (3) is goed voor 26%; methode (4) is goed voor 5,7%. De belangrijkste methode voor de uiteindelijke verwijdering van slib in Japan is verbranding, wat goed is voor ongeveer 55% van de totale verwijdering van slib. Volgens de schatting van het Amerikaanse Environmental Protection Agency is de hoeveelheid slib sinds de regering in 1972 de Water Purification Regulations heeft uitgevaardigd, jaar na jaar snel toegenomen en bereikte in 2010 8,2 miljoen ton. In het Verenigd Koninkrijk bedraagt de jaarlijkse productie van slib afkomstig van rioolwaterzuivering volgens gegevens [18,19] 1,107 miljoen ton droog slib. De belangrijkste methode voor de uiteindelijke verwijdering van slib in het Verenigd Koninkrijk is landbouw (46,6%), gevolgd door sliblozing in zee (33,5%). Met de steeds ernstiger wordende milieuproblemen heeft de Europese Gemeenschap in de overeenkomst vastgelegd dat de deadline voor het lozen van rioolslib in zee 31 december 1998 was, wat betekent dat 33,5% van het slib in het Verenigd Koninkrijk naar stortplaatsen op het land zal worden geleid. Momenteel is het aandeel slib dat in het Verenigd Koninkrijk wordt gebruikt voor storten relatief klein, goed voor slechts 8% van de slibverwerkingscapaciteit. Op de lange termijn is de ontwikkelingsrichting van slibverwijdering in het Verenigd Koninkrijk om slib dat is behandeld door anaërobe vergisting, chemische of thermische behandeling en langdurige opslag op landbouwgrond te hergebruiken. Momenteel omvatten de wereldwijd algemeen gebruikte methoden voor slibverwijdering landbouwkundig gebruik, storten, storten in zee, verbranding, enz. De Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk vertrouwen voornamelijk op landbouw, West-Europa vertrouwt voornamelijk op slibstortplaatsen, Japan vertrouwt voornamelijk op verbranding en Australië vertrouwt voornamelijk op slibstortplaatsen en storten in zee. EU-landen hebben een uitgebreide analyse uitgevoerd van de ontwikkelingstrend van slibverwijdering [20]. Factoren als beschikbare landoppervlakte, verwerkingskosten, steeds strengere milieunormen en de popularisering van beleid voor het terugwinnen van hulpbronnen, maar ook de aanzienlijke veranderingen in de eigenschappen van slib in de komende 10-20 jaar, zorgden ervoor dat het aandeel slibverwijderingsmethoden dat door EU-landen in 2005 werd toegepast, als volgt was: recycling was goed voor 45%, verbranding was goed voor 38% en storten was goed voor 17%.
2.2 Huidige situatie van de behandeling en verwijdering van huishoudelijk slib
Sommige kleine en middelgrote steden in China hebben in principe geen rioolwaterzuiveringsinstallaties gebouwd, en zelfs in grote en middelgrote steden met rioolwaterzuiveringsinstallaties is meer dan 90% van hun slibzuiveringsinstallaties niet geëvenaard. Meer dan 70% van de rioolwaterzuiveringsinstallaties die zijn gebouwd, gebruiken rechtstreeks onbehandeld slib voor landbouwdoeleinden. Zelfs in rioolwaterzuiveringsinstallaties met vergistingstanks wordt het vergiste slib slechts licht gedehydrateerd voordat het rechtstreeks voor landbouwdoeleinden wordt gebruikt, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de hygiënenormen voor slibgebruik. De technologie voor slibverwijdering is relatief achtergebleven in vergelijking met ontwikkelde landen. Vanuit het perspectief van stedelijke rioolwaterzuiveringsinstallaties die al in China in bedrijf zijn, omvat het slibbehandelingsproces vier hoofdprocessen: slibconcentratie, stabilisatie, ontwatering en uiteindelijke verwijdering. Momenteel is China begonnen met het gebruik van slib van rioolwaterzuiveringsinstallaties voor stortplaatsen en stedelijke vergroening, en met het gebruik van slib als substraat voor de productie van samengestelde meststoffen voor landbouw en andere doeleinden. Maar de algehele situatie is nog steeds voornamelijk in de vorm van landgebruik van slib, waarbij slib wordt gebruikt voor landbouw. Vanwege de onvoldoende aandacht die wordt besteed aan de controle van fysieke en chemische indicatoren zoals ziekteverwekkers, zware metalen, giftige organische verbindingen en sensorische indicatoren zoals geur bij slibbeheer in China, zijn verdere verwijdering en benutting van slib beperkt. Het aandeel van binnenlandse slibverwijderingstechnologieën is als volgt: landbouwgebruik is goed voor 44,83%, storten is goed voor 31,03%, niet-slibverwijdering is goed voor 13,79%, vergroening is goed voor 3,45%, verbranding is goed voor 3,45% en gemengde stortplaats met afval is goed voor 3,45%. 13,79% van het binnenlandse slib is niet verwijderd, wat een enorme bedreiging voor het milieu zal vormen. De vieze geur die slib afgeeft is ernstig vervuild, pathogene bacteriën vormen een potentiële bedreiging voor de gezondheid van de mens en zware metalen en giftige en schadelijke organische verbindingen verontreinigen oppervlakte- en grondwatersystemen. De redenen voor dit fenomeen zijn onder meer: vanwege de late start van slibbehandeling en -afvoer in China hebben veel steden geen slibstortplaatsen opgenomen in hun algehele stadsplanning, wat ertoe heeft geleid dat veel rioolwaterzuiveringsinstallaties het moeilijk vinden om geschikte slibstortmethoden en -stortplaatsen te vinden; De basis van slibgebruik in ons land is zwak en het begrip van mensen van slibgebruik is ernstig onvoldoende. Er is een gebrek aan aandacht voor de uiteindelijke afvoer van slib, wat verborgen gevaren heeft achtergelaten voor de uiteindelijke afvoer van een deel van schadelijk slib; Het benuttingspercentage van slib is niet erg hoog en er is nog steeds een deel van het slib van de rioolwaterzuiveringsinstallatie dat alleen door de afdeling milieuhygiëne wordt opgeslagen en getransporteerd naar de buitenwijken voor directe stapeling. Het willekeurig stapelen van slib kan gemakkelijk secundaire vervuiling en verspilling van slibbronnen veroorzaken. Daarom is het huidige probleem waarmee ons land kampt het zo snel mogelijk ontwikkelen van slibverwijderingstechnologie om de groeiende rioolslibproductie op te lossen.
3 Ontwikkelingstrends van slibbehandelings- en verwijderingstechnologieën
De laatste jaren zijn er enkele opkomende technologieën ontstaan, zoals plasmabehandelingstechnologie voor slib, die geleidelijk wordt toegepast op de behandeling van stedelijk organisch afval. Zweden, de Verenigde Staten, Duitsland, Japan en andere landen hebben plasmabehandelingsinstallaties van een bepaalde omvang gebouwd en hebben zich de laatste jaren ook in China ontwikkeld [21]. De nieuw ontwikkelde ultrasone slibbehandelingstechnologie is niet op grote schaal gebruikt vanwege de efficiëntie en het energieverbruik van een goed energiegebruik, maar het heeft brede vooruitzichten voor gezamenlijk gebruik met andere slibbehandelingsprocessen. Meerdere technologieën voor het gebruik van slib als bouwmaterialen zijn relatief volwassen in geavanceerde landen over de hele wereld, waaronder technologieën zoals bouwstenen, lichtgewicht materialen en cementmaterialen die op grote schaal zijn geproduceerd en toegepast of grootschalige productie en hergebruik plannen in landen als Japan en Duitsland. Andere behandelings- en verwijderingsmethoden voor slib, zoals slibmodificatie om adsorbentia, actieve kool, gebruik als bindmiddelen, slibolie en afbraak van gechloreerde verbindingen te produceren, zijn tot op zekere hoogte bestudeerd, maar bevinden zich nog in de verkennende onderzoeksfase. Na tientallen jaren van ontwikkeling hebben ontwikkelde landen zoals Europa, Amerika en Japan relatief complete slibbehandelings- en verwijderingstechnologieroutes gevormd [22], en de toepassing van gerelateerde apparatuur is ook volwassen geworden. Relevante wetten, voorschriften en normen zijn relatief compleet. De afgelopen jaren heeft Japan strategische aanpassingen gedaan aan de technologische route van slibbehandeling en -verwijdering, waarbij geleidelijk is overgestapt op het gebruik van hulpbronnen van slib, en het verbrandingsasgehalte van slib wordt ook gebruikt voor de productie van bouwmaterialen. Samenvattend is de algemene benadering van slibbehandeling en -verwijdering in ontwikkelde landen zoals Europa, Amerika en Japan het gebruik van hulpbronnen van slib, met landgebruik als de belangrijkste methode en aangemoedigde richting voor slibverwijdering. Daarom zullen technologieën voor het gebruik van hulpbronnen, zoals anaërobe vergisting, aerobe fermentatie, landgebruik en de productie van bouwmaterialen, de onderzoeksfocus zijn van slibbehandeling en -verwijdering internationaal. Terwijl de onschadelijke behandeling van slib wordt gewaarborgd, is het bereiken van maximaal gebruik van slib een trend geworden in de ontwikkeling van het internationale slibbehandelings- en -verwijderingsveld.
4 Conclusie
Momenteel is ongeveer 48% van het slib dat in China wordt gegenereerd bestemd voor landgebruik en 48% voor stortplaatsen, 3% voor verbranding, 13% voor 79% is niet op de juiste manier afgevoerd en de algehele situatie is voornamelijk in de vorm van landgebruik, waarbij het grootste deel wordt gebruikt voor landbouw [23]. Er is nog steeds een grote hoeveelheid slib die niet op de juiste manier is afgevoerd, wat potentiële gevaren voor het milieu kan opleveren. Gecombineerd met de basisomstandigheden van China met een grote bevolking en relatief schaarse hulpbronnen en energie, is de technologie voor hergebruik van slib zeer waardevol voor ontwikkeling. Het is duidelijk dat het gebruik van hulpbronnen en het gebruik van energie van slib in de toekomst een belangrijke ontwikkelingsrichting zal zijn voor de binnenlandse slibindustrie.
