洛杉磯新型污泥處理處置技術 污泥深井灌注

　　導讀：本文簡單介紹了洛杉磯在污泥處理處置領域的歷史與現狀，并分享一種新型污泥處理處置技術的初步探索和嘗試。

        “泥水并重”是活性污泥污水處理發展百余年后得出的基本要求，尋求環境友好、公眾接受、經濟可行的污泥處理處置路線既是生態文明的需要，也是城市發展成熟的標志。在實現污水處理事業高速發展的歷史跳躍之后，完善污泥綜合解決方案，推動污泥處理處置行業發展成為我國近期面對的重要任務。
　　
　　洛杉磯污泥處理處置的現狀與歷史
　　
　　在美國洛杉磯，污水的收集處理及污泥處理處置都由隸屬市政府公共事業部的負責。目前洛杉磯共建有四座大型污水廠在運行，日處理污水規模約140萬噸，服務四百萬人口。每年經過深度處理共計再生回用污水5.2億噸，其中0.99億用于環境補水。與此同時，2012年污泥總產量達到24萬噸。
　　
　　在歷史早期，市政污泥的處理處置并沒有引起大家足夠的重視。以HTP(HyperionTreatmentPlant)污水廠為例，從1957年至1987年，大量污泥直接通過海洋傾倒的方式處理。僅1987年一年，洛杉磯污泥海洋傾倒量就高達25.9萬噸，占當年總污泥產量的60%以上。各種廢棄物長期倒入海洋所引發的環境影響逐漸引起社會關注后，1972年美國國會通過了《海洋棄廢法》(OceanDumpingAct,MarineProtection,ResearchandSanctuariesAct)，要求美國環保署(USEPA)對海洋廢物廢棄進行嚴格科學的選址和環境影響評價，并對海洋傾倒行為進行相應的審批和*。到了1988年，美國國會正式通過了《禁止海洋棄置法》(OceanDumpingBanAct)，終結了廢棄物的海洋傾倒時代。目前，污泥的海洋棄置行為已被公約所禁止，洛杉磯市也從1988年起停止了污泥的海洋傾倒，轉而尋求其他污泥處理處置技術路線，并zui終形成了以土地利用為主，其他技術路線為輔的處理模式。如圖1所示，從上個世紀90年代起，洛杉磯大部分污泥經過厭氧穩定化和脫水處理后，運輸至農田進行土地利用。
　　
　　從1988年到1998年十余年期間，除土地利用外，先后有填埋、化學固定和原位能量利用（低溫碳化）三種污泥處理處置技術投入短期使用。其中，zui早被選中的技術路線是污泥填埋，1988年全年洛杉磯有接近36萬噸污泥進入填埋場，占當年污泥總量的80%以上。然而高昂的填埋費用給市政府帶來沉重的財政負擔。1988年和1989年污泥大量填埋的兩年期間，年均污泥處理費用較1987年翻了一番以上。化學固定和原位能量利用(低溫碳化)也終因技術、經濟和社會條件的限制而被逐步淡出。在摸索新技術路線的同時，洛杉磯啟動了長期的污泥資源利用規劃，從1989年開始，污泥產生總量呈現不斷下降趨勢，而污泥利用率同步上升，zui終污泥總產量從上個世紀90年代43萬噸的峰值下降到了2012年的24萬噸。
　　
　　此外，為了加強污泥工作的指導和管理，洛杉磯市政府發布了相應的污泥處理處置政策，明確了洛杉磯市政府是污泥處理處置設施規劃和建設的責任主體，并對長期的污泥管理工作提出了五條具體目標：
　　
　　采用環境友好，公眾接受度高和經濟可行的技術手段處理處置污泥；
　　
　　遵守所有聯邦，州府和地方法律法規；
　　
　　要求土地利用遵守加州頒布的污泥農用應用規范；
　　
　　生產符合甚至超過40CFRPart503法案規定標準的高品質污泥產品；
　　
　　根據國家污泥聯盟(NationalBiosolidsPartnership)環境管理系統的要求進行系統管理。
　　
　　污泥處理處置發展過程中的爭端與爭議
　　
　　從1989年起至今的二十余年間，洛杉磯污泥處理處置基本以土地利用為主，該技術路線也曾在社會上引起諸多爭議和爭端。為了確保擁有穩定的農田進行污泥土地利用，2000年洛杉磯甚至購買了克恩縣(KernCounty)面積高達18.9平方公里的綠畝農場(GreenAcres)于污泥處理處置，并且目前污泥農用過程依照503法案zui嚴的*標準執行，農場選擇種植作物為非食物鏈作物(non-foodchaincrops)。然而，土地利用的公眾接受程度依然有限。
　　
　　2006年，克恩縣政府在征求當地居民投票表決后通過了禁止污泥農用的決議。面對無地可用困局的洛杉磯市政府，聯合同受影響的南加州相關郡縣一同向加州地方法院提起訴訟，要求撤銷克恩縣的禁令。該訴訟歷時長久，雖然在立案訴訟期間暫時不影響污泥處理的土地利用，但洛杉磯政府的訴訟請求并未得到法院支持。在2010年地方法院宣布撤銷立案兩個月后，克恩縣開始執行禁令，要求洛杉磯市政府經過6個月緩沖期后停止在該縣農場進行污泥土地利用。于是，洛杉磯市政府聯合原告再次提起訴訟，一年半后加州上訴法庭(CaliforniaCourtofAppeal)判定克恩縣禁令因有越權嫌疑，并且沒有提供污泥土地利用過程中對環境或者公眾健康造成影響的證據，因而支持暫時擱置判決結果。這也就意味著克恩縣的污泥土地利用行為暫時得以延續。然而污泥的*出路在哪里，如洛杉磯市政府自身污泥政策言明的*目標所言，如何才能切實實現“采用通過環境友好，公眾接受度高和經濟可行的技術手段處理處置污泥”，依然是環境從業者們不斷探索和追求的目標。而污泥深井灌注技術便是在此背景下的一次新嘗試。
　　
　　新的嘗試——污泥深井灌注技術
　　
　　污泥深井灌注技術是廢棄物深井灌注技術在污泥處理處置上的進一步應用，其利用石油化工行業成熟的深井技術，將污泥注入地下深層密閉地質結構，可以通過地下存置過程中的熱化學反應及生化反應將污泥轉化為甲烷和二氧化碳等產物。經過適當工藝設計，二氧化碳在地下高溫高壓自然環境下溶解、捕集并固定于地層中，而由于氣體溶解度的差異，甲烷氣體可以與二氧化碳分離并實現有效收集，zui終同時實現污泥的降解、二氧化碳固定和可再生能源回收利用的三重目標。此外，項目收集產生的甲烷可以進一步用于綠色電能生產。
　　
　　目前，洛杉磯的特米諾島可再生能源項目(TerminalIslandRenewableEnergyproject,(T.I.R.E.))是全美*深井灌注技術在污泥處理處置上的實際應用。項目坐落于加州特米諾島，由一口灌注井和兩口監測井構成。預期日處理污泥120-400噸，目標灌注深度1100-1600米，灌注地層孔隙度22%。項目選擇的灌注區域由多層不可滲透的密封地層和主要斷裂線構成，以確保灌注區域的隔離、安全和密閉。同時，通過監測井詳細記錄地震波、伽馬射線、溫度、壓力及地震圖等參數，以實時控制灌注過程中的環境風險，并嘗試對甲烷產生和二氧化碳固定過程進行科學測定和分析。
　　
　　根據清潔飲用水法案(SafeDrinkingWaterAct)的規定，項目先于2006年獲得EPA頒發的建設許可(UICpermit)后于次年動工建設，并于2008年正式啟動運行。根據2010年的項目運行數據，項目日灌注污泥約200噸，產生沼氣約8000方，甲烷含量在45%-60%之間。經過三年運行期后，項目于2011年再次向EPA申請為期5年的運行許可，同時申請增加監測井數量，并將灌注污泥量由200噸/每天提升至400噸/每天。目前初步的經濟核算結果表明，項目建設費用明顯低于干化焚燒或者汽化設備，運行費用也處于較低水平，每噸濕污泥處理費用約50美元，為污泥長期處理處置提供了經濟可行的潛在方案。
　　
　　必須明確的是，廢棄物的“深井灌注”與非法“地下排污”有本質區別。“深井灌注”技術zui基本的前提是要利用地質構造，保證排放物與地下水*隔絕。目前人們開采地下水的深度一般不超過300-500米，“深井灌注”的井深通常約800米到超過3200米不等。美國是zui早利用深井進行廢液灌注的國家，20世紀30年代起，美國的石油公司開始利用深井灌注技術處理石油和天然氣產品的廢液。目前，每年有超過7500億加侖的廢液注入地下，其灌注井數量也已超過65萬口。全美約89%難以處理的危險工業廢液均通過深井灌注方式來進行處置，以實現對環境影響的zui小化。