城市污水系统与肥料工业的关系

2015-10-16白洁高冬梅

科技创新导报 2015年23期

白洁高冬梅

摘要：生活污水和工業废水的排放量随着世界工业生产的发展和城市人口的增加而日益增多，城市污水污泥是污水处理的副产品，因而污泥的产出量也日益增加。现如今，为了避免二次污染和合理、高效地利用污泥中的有效成分，污泥的处理问题已上升为世界问题之一。目前填埋、焚烧、投海和肥料化利用是污泥的主要处理方式。该文从污泥的泥质评价及可行性分析、城市污泥的综合利用、污水污泥的处理现状以及污泥应用所产生的环境问题等几个方面进行了分析，得出结论：若将处理后的污泥作为一种有机肥料使用，将成为一种对中国而言十分有应用前景的污泥利用和处置途径。

关键词：城市污水肥料工业复合肥料

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（b）-0149-02

近几年来，国家对城市污水处理厂建设的投入年益增长，相应的，城市污水处理率也得到了不断提高，各地的污水资源化也有了一定的发展规模，然而随之产生的副产品——剩余污泥也给城市的环境保护工作提出了新挑战[1]。解决污水系统的问题，也即是解决污泥的问题。自从世界上第一个污水处理厂于1887年在英国伦敦建立以来，虽然污水处理业得以迅速发展，但同时新的废弃物——污泥的产量也大大增加[2]。污泥，即是污水中的固体部分，是对污水进行处理过程中所产生的沉淀物质以及污水表面漂出的浮沫所得的残渣。随着工业的迅速发展和城市化进度加快，工业废水与生活污水的排放量日益增多，由此污泥的产出量也迅速增加。再加之我国环境保护起步较晚，虽然目前污水处理率较低（1999年为4.5%），但就全国而言，年产污泥也有107万吨（以干物质计）[3]。据1996年统计，世界上十二个发达国家对污泥的处置方式，农用占45.3%，填埋占38%，焚烧占10.5%，排海占6.0%。西欧的污泥处置以填埋为主，约占45%，加拿大以焚烧为主，约占40%，美国和英国以农用为主，分别为30%和42%。目前，露天堆放、直接作农肥以及运往垃圾填埋场填埋是国内城市污水处理厂的污泥经二级中温消化处理后的泥饼处置的主要方法。但大多数污泥还是直接运往垃圾填埋场填埋[4]。

事实上，作为复合肥料而言，污泥的养分种类非常完全。它不仅含有丰富的氮、磷、钾成分，还含有有机质和腐殖质，甚至部分污泥还含有钙、镁、铁、钼、锌、铜等多种元素。经过数据分析得知，城市污水处理厂污泥中的氮、磷、钾及有机质的含量要比农村的厩肥高出2～3倍[5]（氮0.8%～0.9%，磷0.3%～0.4%，钾0.2%～0.35%，有机质16%～20%）。此外，污泥中还含有能促进植物生长的矿质元素，如钙、铁、镁、硼、硫等，因而污泥又是一种优质的肥料和土壤改良剂。综上所述，利用科学的手段利用污泥，既能使污泥中的有益组分得以发挥，又能抑制其有害组分尤其是其中的重金属组分的危害，故污泥问题是我国乃至全世界环境界都在研究的重大课题之一。

1 城市污泥的农用资源化可行性分析

城市污泥是污水处理过程中无法避免的伴生物。污泥中含有丰富的有机营养成分，如氮、磷、钾等，因而污泥的农用价值十分受人重视。但污泥中含有的一些重金属影响了污泥的农用资源化利用（表1、表2）。

经过测定分析，城市污泥中含有大量的有机物成分及重金属、部分菌类等。其氮、磷含量均较农家肥料含量高。倘若能够去除污泥中的重金属和菌类，即可符合农作物的施用条件，从而污泥就具有很高的资源价值及制造肥料的可行性[6]。

2 城市污泥处理现状

目前厌氧消化、热处理、好氧消化、加热干化和加碱稳定[7-8]是中国城市目前主要使用的污泥稳定处理工艺。污泥稳定的目的简而言之即是使得后续对其能够更方便地进行处置及利用，具体途径是通过对污泥的处理使其成为稳定（即不易腐败）的产物、消灭部分病原体、减少污泥中的臭味等。卫生填埋、土地利用和焚烧等是常用的污泥处置方式[9]。

焚烧可杀死病原体，消除有害物，将污泥中的有机物全部碳化。焚烧的优点是处理速度快、可以回收能量、减少污泥体积和储存时间等，使得污泥能够最大程度的减量化、最完全稳定化和最彻底的无害化，但缺点在于会造成空气污染，因为焚烧时会产生二噁英、二氧化硫等气体，而且其一次性投资和处理成本都高于其它处理污泥方式，就目前中国国情而言，经济还不够发达，故而焚烧处理所占的比例较低[10]。

污泥填埋是早期处理污泥的方式。填埋处理污泥操作方便且技术简单，一般是在垃圾填埋场直接填埋，但随城市化速度的加快，垃圾和污泥量大大增加。倘若直接掩埋，污泥中的有害成分可能造成地下水资源的严重污染，且填埋处理这种方法占用土地面积过大，致使多数垃圾填埋场不接受污泥，因而这种处理方式终将会被淘汰。

污泥是一种较好的土壤改良剂。农用污泥不仅可利用土壤的自净能力对污泥进行无害化处理，且土壤结构也可被污泥的有效成分改善，从而促进植物的生长。但由于污泥本身还是还有较高重金属等有害物质，因而欧洲大部分发达国家已经开始立法禁止食用污泥肥料类的农产品，使得这些农产品不得进入超级市场[11]。对于我国而言，污泥的农用也是困难重重，因此这种处理方式将被边缘化[12]。

3 综合利用城市污泥

城市污泥按照其有效成分和利用途径可分以下四类：（1）肥料；（2）饲料；（3）能源；（4）化工建筑材料。

3.1 污泥堆肥化

污泥处理途径中很重要的一种即是城市污泥高温好氧堆肥。污泥单独堆肥、污泥与粉煤灰混合堆肥和污泥与城市生活垃圾混合堆肥等是目前采用的主要污泥制肥技术。它的优点在于污泥经过高温堆肥后，不仅恶臭得以消除，病原菌得以杀死，且通过转化重金属的赋存状态，重金属的生物有效性还可得以降低[13]。

3.2 农业利用

污泥中含有氮、钾、钙、镁、磷等较丰富的植物必需营养元素，尤其是有机质含量较高，因而是一种良好的有机肥，但若直接用作农业，要符合以下三个条件：（1）符合卫生要求，不得有病毒或传染细菌等；（2）总氮含量应符合要求，含氮量过高也不行；（3）污泥中所含重金属离子浓度应符合农业部颁布的《农用污泥标准》（GB4284-8）中规定。黎青慧等研究结果还表明：单施污泥可使玉米增产10.58%、白菜增产8.76%；而污泥与化肥配合施用，能使玉米、白菜的增产率分别高达21.74%和21.55%，结果表明污泥用作农业具有较高价值[14]。

3.3 污泥制作建筑材料

污泥制造建筑材料的资源化利用具有显著的优势：利用污泥生产建材不但可以实现能源、资源的充分利用，还可将其中的有毒有害物质分解或固化。而建材行业原料的高需求量又可就地消费大量污泥，因而对于有机物含量偏低、不宜农用的污泥是一种有效的处理方式，故而具有应用前景十分可观[15]。

此外，还有一些注意事项需要谨记。

（1）对不同性质的污泥应予以分类，将可做肥料的和不可做肥料的分开使用。

（2）对于已经确定是污泥复合有机肥的，还需区别出可用于瓜果蔬菜与仅可用于粮食作物或作为生态用肥的污泥。

（3）同一类污泥肥料适用于土壤的和不能用或不宜施用于土壤的要分清楚。

（4）同类污泥哪些适用于粮食作物，哪些适用于经济作物或仅作生态用肥。

4 堆肥化后农用相关的环境问题

堆肥是把一定比例的稻草、木屑、秸杆或生活垃圾等调理剂和膨松剂加入污泥中，利用在潮湿环境中微生物的群落对多种有机物进行氧化分解并将其转化为类腐质类。该方法的缺点在于病原体仍可能存活于堆肥处理后的污泥产品中，且产品的含水率较高，可达30%～40%，也可使病原体复活，故其使用安全性不能得以保证。剩余污泥如果长期按照农用的方式使用，污泥中的重金属离子、有毒有机物会造成土壤以及水体的二次污染：（1）重金属会造成作物及土壤的二次污染；（2）污泥中存活的病原体会造成环境危害；（3）氮磷等物质在浓度过高的情况下会污染地下水资源。针对这类不良后果，发达国家对其使用制定了严格的使用标准。因此在目前相关技术尚未成熟的情况下剩余污泥的农用还是很有局限性的。尽管堆肥化存在的问题尚未得到根本解决：如其中的重金属和毒性有机物的存在，但程永高[16]通过对堆肥成品的二次堆肥试验，已可以较好地在污泥中完成污泥稳定化过程。程永高的研究结果表明：二次堆肥杀灭了病原微生物、降解了易腐有机物，堆肥成品足够松散且无恶臭，达到了无害化污泥要求，因而污泥动态堆肥装置是较为理想的机械化堆肥装置。张增强的研究结果也表明只要施用得当，重金属，盐分和地面径流等相关的环境问题可以得到控制。张增强研究了堆肥化中重金属的形态变化，该研究表明污泥经过堆肥化后，减少了水浸提态重金属的量，总体而言交换态和有机结合态重金属含量有所增加，而残渣态量不同的重金属变换不尽相同，但是其重金属总量要远高于不同浸提剂。薛澄泽等]的研究结果表明，在堆肥化中添加剂的作用下重金属的含量可以相应减少7.3%～16%，而生物有效率均小于1%，最重要的是重金属在土壤中仅仅停留在表层，未向下移动。

5 结论

目前中国乃至全世界所面临的环境领域的难题之一便是城市污水系统的处理。污水产生污泥，而污泥处理不当直接排入环境会造成环境污染，也会造成资源和能源的浪费。但污泥也是可以实现一定的环境和经济效益的：如经过减容、稳定和无害化处理之后，将其作为资源加以综合利用。但各地处理自己区域的污泥时不应盲从，而是立足于本地区的实际情况，因地制宜地将污泥化害为利，变废为宝，从而实现城市污泥的资源化利用。对中国而言，我国是一个农业大国，同时化肥又供不应求，每年仅进口化肥这一项花费便高达20多亿元，即便如此，每年仍有10%左右的缺口。而倘若污泥能够得到充分利用，将污泥堆肥化后制成肥料特别是高效有机复混肥，既可以为我国的农业提供充足的有机肥料，化解肥料危机，也为污泥找到了一条扬长避短、化害为利、兴利抑弊的合理出路，经济效益、社会效益和生态效益都会极为显著。但若想实现这一伟大目标，还需要科研部门、环保部门、污泥使用者等等各个部门通过各个环节的通力合作才能真正实现。

参考文献

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[2]黄雅曦，李季，李国学.污泥處理与资源化利用现状分析[J].农业环境科学学报，2003，22（6）：765-768.

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[5]陈军.城市污水处理厂污泥利用现状及潜在环境问题[J].矿产与地址，2005，19（6）：732-734.

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[11]姚刚.德国的污泥利用和处置（II）[J].城市环境与城市生态，2000，13（2）：24-26.