污泥农用研究及污泥中重金属去除

2010-04-10誉绚仪程毅

河南化工 2010年10期

关键词：农用污泥重金属

誉绚仪,程毅

(佛山市水业集团有限公司,广东,佛山,528000)

污泥农用研究及污泥中重金属去除

誉绚仪,程毅

(佛山市水业集团有限公司,广东,佛山,528000)

简述了我国污泥农用的基本情况及污泥堆肥的研究情况。并介绍五种去除污泥中重金属的方法,最后指出污泥土地利用时应该注意的问题。

污泥农用;堆肥;重金属;去除

随着我国污水处理能力的不断增长,城镇污水处理产生的污泥大幅度增加。据环保部门测算,全国每年产生含水率为 80%的污泥约三千万吨。由于污泥具有容量大、不稳定、易腐败、有恶臭等特点,如果不加以利用任意处置,必将造成严重的二次污染。如何将这些污泥无害化并进行有效利用是世界各国共同重视的一个问题。污泥常见处置方式有卫生填埋、焚烧、倒海和农业利用等。

1 污泥农用基本情况

我国是一个农业大国,无论是从经济因素,还是从肥效利用因素出发,污泥农用从我国具体情况来说是最可行、最为现实的处置方案。其特点为：1)污泥中的氮、磷、钾、有机质及微量元素是良好的农用肥料,对农作物有增产作用;2)污泥中有机质、腐殖质可改善土壤结构,是良好的土壤改良剂;3)污泥农用利用使生产费用降低,适合我国目前的经济发展状况。污泥农用有直接施用和间接施用两种方式。直接施用是把未经处理的污泥直接施用于农田,这种方式成本低,简单易行,但却忽视了潜在的环境问题,而且污泥未经稳定化、无害化处理,含有害成分,不利于作物的生长。间接施用是指污泥消化、堆肥或制成复合肥料后施用。

堆肥是污泥农用的一个重要方面,它是利用污泥中的微生物进行发酵的过程。污泥经堆肥处理后,病源菌、寄生虫卵、杂草种子几乎全部被杀死,挥发性成分减少且臭味降低,速效养分含量有所增加,成为一种比较干净而性质比较稳定的物质。城市污泥含有大量的有机质和 N,P,K以及 Mn, Zn,Ca,S,Fe等植物生长所需的元素,是一种很好的肥料和土壤改良剂。污泥中的有机质可明显改善土壤的结构特性,使土壤孔隙增多,土壤的通气透水性和田间持水量提高[1,2],从而促进植物生长和产量的提高。近年来,我国先后建成了一些机械化程度较高的堆肥厂,如无锡,杭州,武汉,上海等地的机械化堆肥技术包括较完整的前处理,发酵,后处理工艺和设备,其堆肥技术在产品质量,运行操作可控性,环境质量等方面的指标都达到了较高水平[3]。1997年北京市环保科学研究院提出的污泥动态发酵无害化及污泥制肥工艺,在北京高啤店等污水处理厂的污泥处理和处置中得到应用,对于解决北京市的污泥处置问题,起到很好的作用[4]。欧根能[5]等采用盆栽试验研究土壤中施入不同比例污泥堆肥 (0、 5%、10%、15% 、20%)及分别添加 40g/盆粉煤灰和 30g/盆石灰对小白菜和萝卜生长发育及吸收重金属的影响,实验结果表明施入少量的污泥堆肥于土壤中,不仅能使 pH值得到适当的缓和,还能丰富土壤中蔬菜生长所需的营养元素,提高蔬菜产量。但施入土壤的污泥堆肥含量最好控制在 10%以内,样既能最大程度地促进蔬菜生长,提高其产量,还能保证蔬菜的食用安全性。国内有很多学者对污泥堆肥作了研究,实验结果都表明堆肥对植物生长有促进作用,能提高作物产量。

堆肥化处理后虽减少了病菌、寄生虫的数量,增加了堆肥的稳定性,但仍有一些有害成分难以除去,重金属 (Pb, Zn,Cr,Hg,Ni等)含量成为限制污泥应用的主要因素,经常连续大量使用污泥的土地常常导致重金属的过分累积。重金属通过植物吸收、昆虫 (如蜜蜂)运载和禽畜产品富集,辗转进入人的食物链,从而进入人体影响健康。因此,如何有效去除重金属是解决污泥处理处置和资源化利用的关键性问题,以下介绍几种污泥重金属的去除方法。

2 污泥中重金属的去除方法

2.1 生物淋滤法生物淋滤法是指在有氧及含硫条件下,利用污泥中的某些微生物的静电吸附、共价吸附、络合、螯合、离子交换和无机微沉淀等作用,使污泥固相中处于吸附、化合状态的不溶性重金属得以释放,转移到液相中变为可溶态离子形式,而达到从污泥固相中去除重金属的目的。生物淋滤法不仅可有效地去除污泥中的重金属,而且还具有以下优越性：(1)与无机酸溶解法相比,耗酸量可节约 80%;(2)污泥脱水时不需要添加聚凝剂,可大大降低污泥脱水成本; (3)可有效去除污泥中的重金属,其矿质养分 N、P等的损失很小,污泥的肥料价值不会受太大的影响;(4)污泥消化与生物淋滤结合处理,污泥的 pH可很快降到并维持在 pH为 2.0～2.5的范围内。这不仅可有效地去除污泥中的重金属,而且能降低病原体、挥发性悬浮固体,污泥中重金属的去除与消化可一次完成,从而降低能耗与运行费用[6]。生物淋滤法耗酸少,运行成本低,实用性强,经济有效,是具有潜力的重金属去除方法。然而,生物淋滤法采用的主要细菌如硫杆菌,增殖慢,生物淋滤滞留时间长,效果不太稳定。

2.2 植物修复技术法植物修复技术是指利用植物吸收、分解、挥发或固定土壤中的重金属,降低重金属在土壤中的含量和有效态含量,从而降低其对生物的危害。近年来,植物修复技术受到国际上普遍重视,它具有费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染、对重金属污染土壤的治理成效具有永久性、能起美化环境的作用等优点。这种新技术正逐步形成一种新兴的高新技术产业。自 1995年以来,在美国、加拿大每年都举行以“植物修复技术”为主题的国际商务通讯( IBC)年会,以推动全球性的植物修复技术的发展。植物修复技术具有广阔的市场前景。但是,植物修复技术受待治理土壤地理条件的影响,对不同污染状况的土壤要选用不同的生态型植物,一种植物往往只吸收一种或两种重金属元素,限制了其在多种重金属污染土壤中的治理等缺点。

2.3 动电技术动电技术的基本原理是在固体 -液相系统中插入电极,通过施加微弱直流电形成电场,利用直流电场产生的各种电动力学效应,使污染物发生迁移并富集于阴极区,从而将污染物去除。动电技术的优势在于所需费用低,并且能对多种污染物进行修复。动电技术在净化重金属、有机物等污染的低渗透性土壤和污泥具有效益高、运行时间短的特点。美国、荷兰和日本等国家用动电技术去除土壤中重金属污染物已在实验室和中试规模应用中取得成功。我国清华大学的刘铮和中国科学院南京土壤研究所的周东美在动电修复土壤重金属污染物方面开展了工作,并取得了一些成果[8]。胡劲梅等[9]人采用表面活性剂作为动电技术的阴极液,强化了对重金属的去除,铜和镉的去除率分别达到 11. 1% ～52.6%和 9.1% ～46.7%。但是至今在国内基于动电力学技术的基本原理及其在污泥重金属污染物的去除研究报道极少。

2.4 酸化提取法酸化提取法就是先用硫酸、盐酸或硝酸将污泥的酸度调至pH=2,然后用 EDTA等络合剂将其中的重金属分离出来。该方法的滤取率可达 96%,但由于存在投资巨大,操作困难及需要大量的强酸和生石灰等问题,很难应用于实际生产。

2.5 重金属钝化法钝化法是通过在污泥中投入钝化剂,使具有生物有效性的溶解态和可交换态重金属转化为植物不能利用的其他形态。重金属虽然没有从污泥中被去除,但其生物有效性已大大降低。姜华等人[10]的研究结果表明,通过在污泥堆肥中加入粉煤灰、磷矿粉和草炭等不同的改性剂或重金属钝化剂,可大大降低堆肥的植物毒性,从而降低污泥中重金属的可利用性。

3 污泥农用应注意的问题

3.1 严格控制污水厂污泥的有毒、有害物质及病原微生物达到国家标准城市污水处理厂污泥中含有大量的病原微生物和寄生虫,在使用过程中容易对人畜的健康造成危害。因此污泥在处置或利用前进行高、中温好氧法或厌氧法处理或采用辐射处理是不可或缺的环节。

3.2 应该特别注意污泥中重金属的含量污泥农用时应以不影响农作物生长、不污染农产品、不污染地下水,尤其是不严重污染土壤、不破坏土壤生态系统为原则,应根据其土壤背景值等情况,严格按照污泥施用量进行施用;一般来说某块农田使用污泥数量有一定限度时,污泥的农用就应停止一段时间后再继续进行。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。

3.3 制定完善标准和法律法规,推广与普及环境知识建立严密的使用、管理、监测和监控体系,关注区域内的土壤、地下水、地表水、作物等相关因子的状态和变化,并根据发生的变化作出相应的调整。另一方面是要向社会各界大力传播环保知识,要让广大的污泥用户了解科学施用污泥的利益和盲目施用污泥的危害,自觉地遵守污泥土地利用的环境法律法规和科学施用技术规范。