污泥農(nóng)用研究及污泥中重金屬去除

譽(yù)絢儀,程毅

(佛山市水業(yè)集團(tuán)有限公司,廣東,佛山,528000)

污泥農(nóng)用研究及污泥中重金屬去除

譽(yù)絢儀,程毅

(佛山市水業(yè)集團(tuán)有限公司,廣東,佛山,528000)

簡述了我國污泥農(nóng)用的基本情況及污泥堆肥的研究情況。并介紹五種去除污泥中重金屬的方法,最后指出污泥土地利用時(shí)應(yīng)該注意的問題。

污泥農(nóng)用;堆肥;重金屬;去除

隨著我國污水處理能力的不斷增長,城鎮(zhèn)污水處理產(chǎn)生的污泥大幅度增加。據(jù)環(huán)保部門測算,全國每年產(chǎn)生含水率為 80%的污泥約三千萬噸。由于污泥具有容量大、不穩(wěn)定、易腐敗、有惡臭等特點(diǎn),如果不加以利用任意處置,必將造成嚴(yán)重的二次污染。如何將這些污泥無害化并進(jìn)行有效利用是世界各國共同重視的一個(gè)問題。污泥常見處置方式有衛(wèi)生填埋、焚燒、倒海和農(nóng)業(yè)利用等。

1 污泥農(nóng)用基本情況

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,無論是從經(jīng)濟(jì)因素,還是從肥效利用因素出發(fā),污泥農(nóng)用從我國具體情況來說是最可行、最為現(xiàn)實(shí)的處置方案。其特點(diǎn)為：1)污泥中的氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)及微量元素是良好的農(nóng)用肥料,對農(nóng)作物有增產(chǎn)作用;2)污泥中有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)可改善土壤結(jié)構(gòu),是良好的土壤改良劑;3)污泥農(nóng)用利用使生產(chǎn)費(fèi)用降低,適合我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。污泥農(nóng)用有直接施用和間接施用兩種方式。直接施用是把未經(jīng)處理的污泥直接施用于農(nóng)田,這種方式成本低,簡單易行,但卻忽視了潛在的環(huán)境問題,而且污泥未經(jīng)穩(wěn)定化、無害化處理,含有害成分,不利于作物的生長。間接施用是指污泥消化、堆肥或制成復(fù)合肥料后施用。

堆肥是污泥農(nóng)用的一個(gè)重要方面,它是利用污泥中的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程。污泥經(jīng)堆肥處理后,病源菌、寄生蟲卵、雜草種子幾乎全部被殺死,揮發(fā)性成分減少且臭味降低,速效養(yǎng)分含量有所增加,成為一種比較干凈而性質(zhì)比較穩(wěn)定的物質(zhì)。城市污泥含有大量的有機(jī)質(zhì)和 N,P,K以及 Mn, Zn,Ca,S,Fe等植物生長所需的元素,是一種很好的肥料和土壤改良劑。污泥中的有機(jī)質(zhì)可明顯改善土壤的結(jié)構(gòu)特性,使土壤孔隙增多,土壤的通氣透水性和田間持水量提高[1,2],從而促進(jìn)植物生長和產(chǎn)量的提高。近年來,我國先后建成了一些機(jī)械化程度較高的堆肥廠,如無錫,杭州,武漢,上海等地的機(jī)械化堆肥技術(shù)包括較完整的前處理,發(fā)酵,后處理工藝和設(shè)備,其堆肥技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量,運(yùn)行操作可控性,環(huán)境質(zhì)量等方面的指標(biāo)都達(dá)到了較高水平[3]。1997年北京市環(huán)?？茖W(xué)研究院提出的污泥動態(tài)發(fā)酵無害化及污泥制肥工藝,在北京高啤店等污水處理廠的污泥處理和處置中得到應(yīng)用,對于解決北京市的污泥處置問題,起到很好的作用[4]。歐根能[5]等采用盆栽試驗(yàn)研究土壤中施入不同比例污泥堆肥 (0、 5%、10%、15% 、20%)及分別添加 40g/盆粉煤灰和 30g/盆石灰對小白菜和蘿卜生長發(fā)育及吸收重金屬的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明施入少量的污泥堆肥于土壤中,不僅能使 pH值得到適當(dāng)?shù)木徍?還能豐富土壤中蔬菜生長所需的營養(yǎng)元素,提高蔬菜產(chǎn)量。但施入土壤的污泥堆肥含量最好控制在 10%以內(nèi),樣既能最大程度地促進(jìn)蔬菜生長,提高其產(chǎn)量,還能保證蔬菜的食用安全性。國內(nèi)有很多學(xué)者對污泥堆肥作了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明堆肥對植物生長有促進(jìn)作用,能提高作物產(chǎn)量。

堆肥化處理后雖減少了病菌、寄生蟲的數(shù)量,增加了堆肥的穩(wěn)定性,但仍有一些有害成分難以除去,重金屬 (Pb, Zn,Cr,Hg,Ni等)含量成為限制污泥應(yīng)用的主要因素,經(jīng)常連續(xù)大量使用污泥的土地常常導(dǎo)致重金屬的過分累積。重金屬通過植物吸收、昆蟲 (如蜜蜂)運(yùn)載和禽畜產(chǎn)品富集,輾轉(zhuǎn)進(jìn)入人的食物鏈,從而進(jìn)入人體影響健康。因此,如何有效去除重金屬是解決污泥處理處置和資源化利用的關(guān)鍵性問題,以下介紹幾種污泥重金屬的去除方法。

2 污泥中重金屬的去除方法

2.1 生物淋濾法 生物淋濾法是指在有氧及含硫條件下,利用污泥中的某些微生物的靜電吸附、共價(jià)吸附、絡(luò)合、螯合、離子交換和無機(jī)微沉淀等作用,使污泥固相中處于吸附、化合狀態(tài)的不溶性重金屬得以釋放,轉(zhuǎn)移到液相中變?yōu)榭扇軕B(tài)離子形式,而達(dá)到從污泥固相中去除重金屬的目的。生物淋濾法不僅可有效地去除污泥中的重金屬,而且還具有以下優(yōu)越性：(1)與無機(jī)酸溶解法相比,耗酸量可節(jié)約 80%;(2)污泥脫水時(shí)不需要添加聚凝劑,可大大降低污泥脫水成本; (3)可有效去除污泥中的重金屬,其礦質(zhì)養(yǎng)分 N、P等的損失很小,污泥的肥料價(jià)值不會受太大的影響;(4)污泥消化與生物淋濾結(jié)合處理,污泥的 pH可很快降到并維持在 pH為 2.0～2.5的范圍內(nèi)。這不僅可有效地去除污泥中的重金屬,而且能降低病原體、揮發(fā)性懸浮固體,污泥中重金屬的去除與消化可一次完成,從而降低能耗與運(yùn)行費(fèi)用[6]。生物淋濾法耗酸少,運(yùn)行成本低,實(shí)用性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)有效,是具有潛力的重金屬去除方法。然而,生物淋濾法采用的主要細(xì)菌如硫桿菌,增殖慢,生物淋濾滯留時(shí)間長,效果不太穩(wěn)定。

2.2 植物修復(fù)技術(shù)法 植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物吸收、分解、揮發(fā)或固定土壤中的重金屬,降低重金屬在土壤中的含量和有效態(tài)含量,從而降低其對生物的危害。近年來,植物修復(fù)技術(shù)受到國際上普遍重視,它具有費(fèi)用低廉、不破壞場地結(jié)構(gòu)、不造成地下水的二次污染、對重金屬污染土壤的治理成效具有永久性、能起美化環(huán)境的作用等優(yōu)點(diǎn)。這種新技術(shù)正逐步形成一種新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。自 1995年以來,在美國、加拿大每年都舉行以“植物修復(fù)技術(shù)”為主題的國際商務(wù)通訊( IBC)年會,以推動全球性的植物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。植物修復(fù)技術(shù)具有廣闊的市場前景。但是,植物修復(fù)技術(shù)受待治理土壤地理?xiàng)l件的影響,對不同污染狀況的土壤要選用不同的生態(tài)型植物,一種植物往往只吸收一種或兩種重金屬元素,限制了其在多種重金屬污染土壤中的治理等缺點(diǎn)。

2.3 動電技術(shù) 動電技術(shù)的基本原理是在固體 -液相系統(tǒng)中插入電極,通過施加微弱直流電形成電場,利用直流電場產(chǎn)生的各種電動力學(xué)效應(yīng),使污染物發(fā)生遷移并富集于陰極區(qū),從而將污染物去除。動電技術(shù)的優(yōu)勢在于所需費(fèi)用低,并且能對多種污染物進(jìn)行修復(fù)。動電技術(shù)在凈化重金屬、有機(jī)物等污染的低滲透性土壤和污泥具有效益高、運(yùn)行時(shí)間短的特點(diǎn)。美國、荷蘭和日本等國家用動電技術(shù)去除土壤中重金屬污染物已在實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模應(yīng)用中取得成功。我國清華大學(xué)的劉錚和中國科學(xué)院南京土壤研究所的周東美在動電修復(fù)土壤重金屬污染物方面開展了工作,并取得了一些成果[8]。胡勁梅等[9]人采用表面活性劑作為動電技術(shù)的陰極液,強(qiáng)化了對重金屬的去除,銅和鎘的去除率分別達(dá)到 11. 1% ～52.6%和 9.1% ～46.7%。但是至今在國內(nèi)基于動電力學(xué)技術(shù)的基本原理及其在污泥重金屬污染物的去除研究報(bào)道極少。

2.4 酸化提取法 酸化提取法就是先用硫酸、鹽酸或硝酸將污泥的酸度調(diào)至pH=2,然后用 EDTA等絡(luò)合劑將其中的重金屬分離出來。該方法的濾取率可達(dá) 96%,但由于存在投資巨大,操作困難及需要大量的強(qiáng)酸和生石灰等問題,很難應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

2.5 重金屬鈍化法 鈍化法是通過在污泥中投入鈍化劑,使具有生物有效性的溶解態(tài)和可交換態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為植物不能利用的其他形態(tài)。重金屬雖然沒有從污泥中被去除,但其生物有效性已大大降低。姜華等人[10]的研究結(jié)果表明,通過在污泥堆肥中加入粉煤灰、磷礦粉和草炭等不同的改性劑或重金屬鈍化劑,可大大降低堆肥的植物毒性,從而降低污泥中重金屬的可利用性。

3 污泥農(nóng)用應(yīng)注意的問題

3.1 嚴(yán)格控制污水廠污泥的有毒、有害物質(zhì)及病原微生物達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn) 城市污水處理廠污泥中含有大量的病原微生物和寄生蟲,在使用過程中容易對人畜的健康造成危害。因此污泥在處置或利用前進(jìn)行高、中溫好氧法或厭氧法處理或采用輻射處理是不可或缺的環(huán)節(jié)。

3.2 應(yīng)該特別注意污泥中重金屬的含量 污泥農(nóng)用時(shí)應(yīng)以不影響農(nóng)作物生長、不污染農(nóng)產(chǎn)品、不污染地下水,尤其是不嚴(yán)重污染土壤、不破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)為原則,應(yīng)根據(jù)其土壤背景值等情況,嚴(yán)格按照污泥施用量進(jìn)行施用;一般來說某塊農(nóng)田使用污泥數(shù)量有一定限度時(shí),污泥的農(nóng)用就應(yīng)停止一段時(shí)間后再繼續(xù)進(jìn)行。具體的污泥施用量應(yīng)在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)氣候條件、地理環(huán)境、作物種類及土壤同化能力制定適合本地區(qū)特點(diǎn)的污泥施用額定負(fù)荷量,以確保污泥的農(nóng)田施用安全。

3.3 制定完善標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī),推廣與普及環(huán)境知識 建立嚴(yán)密的使用、管理、監(jiān)測和監(jiān)控體系,關(guān)注區(qū)域內(nèi)的土壤、地下水、地表水、作物等相關(guān)因子的狀態(tài)和變化,并根據(jù)發(fā)生的變化作出相應(yīng)的調(diào)整。另一方面是要向社會各界大力傳播環(huán)保知識,要讓廣大的污泥用戶了解科學(xué)施用污泥的利益和盲目施用污泥的危害,自覺地遵守污泥土地利用的環(huán)境法律法規(guī)和科學(xué)施用技術(shù)規(guī)范。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)和城市的發(fā)展,污水處理率的提高,城市污泥產(chǎn)量必然越來越大。污泥是一種很有利用價(jià)值的潛在資源,將經(jīng)過穩(wěn)定化、無害化處理后的污泥進(jìn)行土地循環(huán)利用,應(yīng)該是我國污泥資源化利用較有前景的一種途徑。但必須安全、合理、有效、有益地利用污泥,以發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

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U465.2+1

B

1003-3467(2010)10-0052-02