摘 要:污水处理厂污泥的处理和处置主要有减量化、稳定化、资源化方法。对于污泥的处理处置,通常采用的方法有污泥填埋、污泥焚烧、建材利用及海洋倾倒,但是污泥的农用则是最具前途的资源化途径。首先介绍污泥的肥效及其农用资源化的经济效益,然后谈谈污泥农用中应该注意的问题,最后简要介绍高温好氧堆肥的技术。
关键词:污泥处置;农用资源化;高温好氧堆肥
中图分类号:X703
文献标识码:A
文章编号:1005-569X(2010)01-0024-02
1 引 言
城市污泥虽然会造成污染,但采用合理的处理处置手段进行综合利用,能达到污泥资源化的目的。污泥经消化处理可利用其有效的生物能源:污泥中的有机物分解产生的腐殖质可以改良土壤避免板结;而污泥中丰富的氮、磷、钾等则是植物和农作物生长不可缺少的营养物,污泥农用前景广阔。
2 污泥的肥效与农用经济效益
目前,污泥的土地利用是普遍认可的一种经济有效的资源化利用方式,英、法等发达国家污泥的农用率在70%左右,有的高达80%以上,而我国则不足10%。经过处理的污泥可以施用于土地,一方面可以利用土壤的自净能力使污泥进一步稳定,同时也能为植物提供营养元素,改良土壤结构,提高土壤肥力,是污泥处置较好的方式之一,越来越受到重视[1]。
2.1 污泥的肥效
污泥能提供植物生长所需的各种营养元素,改善土壤的肥力,提高生物量的生产力。据报道,采用盆栽试验方法,探讨了不同性质土壤和不同施肥方式对通菜和萝卜作物生长和产量的影响。结果表明,在水稻土、赤红壤、石灰性土和褐土上盆栽作物施用适量(l%)污泥,可以显著增加通菜的产量。施用堆肥加化肥可明显改善萝卜的品质。污泥中含有丰富的有机质、腐殖质,是一种良好的有机肥料。易降解的有机物释放出植物所需营养物、土壤微生物所需的能量,可改善土壤结构,难降解的有机物构成了土壤中有机物的浓度。适量的污泥可以改善土壤的物理性质如增加持水能力、改善供氧条件、减少风蚀、减少容重、抗压等,还可以改善土壤的化学特性如增加土壤的阳离子交换容量(CEC),从而提高土壤的保肥能力。土壤的阳离子交换容量越大,越可以保持住大量的阳离子营养物质,减少营养物质的流失。污泥中的有机物和无机物还可以与土壤中的痕量金属结合,包括铜、铅等污染物。不仅如此,土壤的生物特性也会得到改善,有机物可以为土壤中的微生物提供充足的碳源,因而加入污泥可以提高微生物的活性,从而有利于植物的生长。生物活性的提高也有利于土壤中有害污染物的降解,食用有机物的土壤动物的代谢产物也可增加土壤中的营养物质。
2.2 污泥农用的效益
污泥农用是污泥最终处置手段中的最佳选择,这不仅是由污泥中丰富的有机质含量决定的,也是由庞大的污泥产生量和增值潜力所决定的。如今世界范围内的大多数农耕土地由于施用过多的化肥而变得越来越贫瘠,土地的良性循环被逐渐破坏,只有大量输入有机质,才能够改良土壤,而污泥恰恰是一种廉价、理想而又充足的来源。
当然,污泥中重金属及有毒有害有机物的含量对于农用有着重要影响。但是也应该看到,随着工业污染治理的加强,流入市政管网的未加处理的工业污水越来越少,这样对于控制污泥的重金属含量及有毒有害污染物,使之能够达到农用的要求是可以实现的。
3 污泥农用中应该注意的问题
3.1 污泥中重金属及有机污染物的控制
污泥中的重金属和有机污染物含量已成为污泥土地利用的重要限制因素,污泥中往往含有大量的铜、镍、铅、锌、汞等重金属和许多种有毒有机物,若农田中长期施用会导致土壤污染,使土壤板结、地力下降。它们被农作物吸收后又通过食物链进入人体,从而影响人体健康。所以许多国家都制订了污泥农用的重金属控制标准。
污泥直接施用可能导致作物中有机污染物的吸收累积,需经适当的堆肥处理后施用才较为安全。在污水污泥中有机污染物与重金属这两个领域的研究工作还有很多要做,包括污泥中有机污染物和重金属的表现形式以及污泥处理过程中它们的变化及对土壤――污泥系统的影响。这样才可以很好地解决污泥中污染物对环境及人类健康造成的影响。然而,污泥质量根源于污水厂处理的污水的质量,因此也要从污染源着手,降低进入城市污水的重金属及其它有毒物质的浓度[2]。
3.2 污泥农用的施用量控制
污水污泥的农业利用,不仅可以消除污泥对环境的污染,也可使其资源化而提高作物产量。一般来说某块农田适用污泥数量有一定限度,当达到这一限度时,污泥的农用就应停止一段时间后再继续进行。因此,许多政府颁布了农用污泥重金属浓度标准、土壤中重金属浓度标准和严格的无害化要求,并对单位面积土地污泥的应用量也有严格的限制。我国规定施用符合污染物控制标准的农用污泥每年不得超过30t/hm2,且连续施用不得超过20年。具体的污泥施用量应在调查研究的基础上,根据气候条件、地理环境、作物种类及土壤同化能力制定适合本地区特点的污泥施用额定负荷量,以确保污泥的农田施用安全。
4 污泥农用高温好氧堆肥
自然界中有很多微生物具有分解有机物的能力。实践证明,利用微生物在一定温度、湿度和pH值条件下,使有机物发生生物化学降解,形成一种类似腐殖质土壤的物质,在热力学上是完全可能的。这种利用微生物降解有机固体物质的方法称为堆肥化。
有机固体废物是堆肥微生物赖以生存、繁殖的物质条件,而氧气则是好氧微生物进行新陈代谢的必不可少的另一个重要条件。在通气的条件下,好氧微生物的活动使得有机物得以降解,同时使堆体的温度上升,极限温度可达80~90℃,故好氧堆肥也称为高温堆肥。在堆肥的过程中,堆料中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收,固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外,由微生物分泌的胞外酶分解为溶解性物质,再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动――氧化、还原、合成等过程,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,并放出生物生长活动所需要的能量,把另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质,合成新的细胞物质。
在好氧堆肥过程中存在两种微生物,即对较易降解有机物快速分解使其升温的高温微生物(嗜热菌)和对较难降解有机物缓慢分解并使其腐熟的中温微生物(嗜温菌)。
嗜温菌和嗜热菌生长的温度环境不同,其在堆肥过程中的作用也不相同。在堆肥初期,随着有机物的降解,堆体的温度随之上升,温度可达60℃以上,这一阶段称为高温阶段。在此温度下,嗜热菌可正常生长,其他微生物和有害病菌因温度太高而被杀死,因而可以实现无害化。随着易降解有机物被逐步分解,堆体温度也逐步下降,进入适合嗜温菌生长的温度范围,在此阶段,嗜温菌进一步降解有机物,最终使堆料腐熟化,因而,这一阶段也称为腐熟阶段。在通常的好氧堆肥工艺中,高温阶段和腐熟阶段在同一个反应器内进行,不利于微生物的生长与繁殖。二次性好氧堆肥化工艺是基于将堆肥过程中嗜温菌和嗜热菌在分开的、各自适宜的环境中进行不同基质的降解和稳定化的一种较新的工艺,与传统的一次性堆肥工艺相比,具有发酵周期短、占地面积小、基建投资低等特点,因而,在本次实验中采用该工艺。其中,一次发酵采用强制通风的方式供氧:在二次发酵中,因堆料的含水率降低,孔隙率增大,故堆料露天堆置,采用自然通风方式供氧。
参考文献:
[1] 姚刚.德国的污泥利用和处置(Ⅱ)[J].城市环境与城市生态, 2000(2).
[2] 杨朝晖,杨霞.污水处理厂的污泥处置[J].环境科学与技术,1995(4).