三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥土地利用可行性研究

尹 浩 檀立朝

1 三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥處理處置現(xiàn)狀及問題

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠建設(shè)力度加大，近年來污泥產(chǎn)量也急劇增加，其處理處置已成為我國(guó)目前及將來主要環(huán)境問題之一［1］。在三峽庫(kù)區(qū)，隨著縣級(jí)以上城市基本上都已建或正在建設(shè)污水處理廠，污泥排放出路問題日益突出，已經(jīng)受到政府、專家、企業(yè)及城鎮(zhèn)居民的高度關(guān)注。截止到2005年，三峽庫(kù)區(qū)已建成縣級(jí)以上城市污水處理廠的污水處理總規(guī)模約135.25萬(wàn)m3/d，日產(chǎn)污泥量(80%含水率)約1 185.33 t/d，預(yù)計(jì)到2015年，污水處理總規(guī)模和污泥產(chǎn)量將分別達(dá)到361.5萬(wàn) m3/d和3 514.7 t/d［2］。污泥能否得到科學(xué)合理的處理處置，不僅關(guān)系到三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境的安全，而且也直接影響到城鎮(zhèn)污水廠環(huán)境保護(hù)效應(yīng)的充分發(fā)揮。

目前，三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥主要通過以下兩種方式進(jìn)行處理處置:1)消化、脫水后利用或填埋;2)生污泥直接脫水然后運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)或少量利用。據(jù)對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有方式存在多種問題，主要是污泥處理過于簡(jiǎn)易，污泥中所含有的大量有機(jī)物沒有得到無(wú)害化和穩(wěn)定化處理，危害環(huán)境的物質(zhì)又回歸于環(huán)境，造成二次污染;脫水污泥含水率高，大大加重了垃圾填埋場(chǎng)的正常運(yùn)行;污泥中的有用物質(zhì)等未得到有效的回收，浪費(fèi)資源。目前全球各國(guó)城市污水廠污泥的處理方式主要包括濃縮、脫水、消化、調(diào)理和干化等，城市污水廠污泥的處置一般包括土地利用、土地填埋、焚燒、材料化利用和排海等，其中排海近年來在很多國(guó)家已被禁止(如歐盟1998年年底開始禁止污泥排海)［3］。三峽庫(kù)區(qū)污水處理廠污泥處理處置方式不盡理想，有必要開發(fā)新的污泥處理處置工藝實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化、資源化的目的。

2 三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥特性分析

據(jù)有關(guān)研究［4］，三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥的有機(jī)質(zhì)含量接近或超過50%，絕大多數(shù)重金屬含量大大低于我國(guó)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(18918-2002)》中要求的限值，其中有個(gè)別污水廠Cu(銅)、Zn(鋅)超標(biāo)，但不太嚴(yán)重，基本上能較好地滿足重慶市園林用土的理化指標(biāo)和園林栽培土的需求。

據(jù)有關(guān)報(bào)道［2］，三峽庫(kù)區(qū)各污水廠污泥中重金屬含量基本相似，個(gè)別種類的重金屬含量較高。其中長(zhǎng)壽、涪陵、豐都三個(gè)庫(kù)區(qū)污水廠污泥中鋅的含量都比較高，如豐都污水廠達(dá)到502 mg/kg。

3 三峽庫(kù)區(qū)土地特性分析

據(jù)有關(guān)研究［5］，土壤是由無(wú)機(jī)物和有機(jī)物組成的。同時(shí)，從形態(tài)上來說，土壤也是由固體、液體和氣體三種成分組成，土壤的這三種成分的比例不同，表現(xiàn)為土壤的透水性、保水性、通氣性以及保肥能力也不相同。土壤的性質(zhì)可以分為物理的性質(zhì)、化學(xué)的性質(zhì)和微生物的性質(zhì)，這些性質(zhì)和土壤的各種肥力特性有關(guān)，見表1。

表1 土壤肥力與土壤性質(zhì)的關(guān)系

土壤肥力的保持與提高的基本原則是用地與養(yǎng)地相結(jié)合、防止肥力衰退與土壤治理相結(jié)合。具體措施包括:增施有機(jī)肥料、種植綠肥和合理施用化肥。對(duì)于某些低產(chǎn)土壤(酸性土壤、堿土和鹽土)要借助化學(xué)改良劑和灌溉施肥等手段進(jìn)行改良，消除障礙因素，以提高肥力水平。

三峽庫(kù)區(qū)土地資源類型較多，適于各種植物的栽培與種植，全區(qū)以紫色土為主占78.7%，是主要的農(nóng)用和果園用土。據(jù)研究［6］，紫色有效養(yǎng)分低，有機(jī)質(zhì)含量較低，一般為1.78%，與有機(jī)質(zhì)相關(guān)的全N，P含量低，K含量較高。紫色土的有效微量元素中，F(xiàn)e，Mn的含量豐富，B，Zn，Mn的含量低，Cu的含量中等。紫色土是水土流失最嚴(yán)重的土壤之一。庫(kù)區(qū)耕地以旱地為主，坡耕地比重大，但庫(kù)區(qū)內(nèi)山高坡陡，徑流系數(shù)較高，地表水流量較大，加之不合理的人為耕墾，土壤受到侵蝕并逐漸退化，水土流失日益嚴(yán)重［7］，導(dǎo)致土壤薄層化、肥力下降、有機(jī)質(zhì)和 N，P，K養(yǎng)分流失嚴(yán)重;土壤質(zhì)地砂化和石質(zhì)化，使得后備宜農(nóng)資源短缺［8］。有研究表明，在最近20多年，三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)地和菜地的石灰性紫色土減少，酸性和強(qiáng)酸性紫色土明顯增加，導(dǎo)致土壤交換性酸和交換性鋁上升，呈現(xiàn)出酸化程度日趨加深的趨勢(shì)［9］，不僅給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，同時(shí)也給庫(kù)區(qū)水體的酸化埋下較大的隱患，加之三峽庫(kù)區(qū)腹地土壤有缺鋅的現(xiàn)象［10］，因此，三峽庫(kù)區(qū)污泥的土地利用具有較高的必要性。

4 三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥土地利用的可行性分析

所謂污泥的土地利用，是指將污泥或污泥產(chǎn)品施用于土壤以改良土壤的肥力，主要有農(nóng)用、林地和園林綠化利用及土壤修復(fù)等方式［11］。隨著全球范圍內(nèi)可用土地填埋容量的減小、排海方式的禁止以及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，污泥土地利用近年來已經(jīng)越來越成為歐洲、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家污水污泥處理處置的主要方式［3］。

如前所述，三峽庫(kù)區(qū)污泥的有機(jī)質(zhì)含量約占50%，污泥中的有機(jī)質(zhì)和氮、磷元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有助于庫(kù)區(qū)紫色土中有機(jī)質(zhì)和N，P等養(yǎng)分的補(bǔ)充，降低土壤的容重，增加孔隙度，改善土壤的退化、侵蝕以及薄層化，促進(jìn)土壤肥力的提高和恢復(fù)。目前土地利用的污泥通常采用堆肥處理，針對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)交換性酸和交換性鋁上升而呈現(xiàn)土壤酸化的現(xiàn)狀，可在污泥堆肥中加入草木灰等堿性的添加劑，以調(diào)整污泥的成分，中和酸性物質(zhì)，改善庫(kù)區(qū)土質(zhì)酸化程度。庫(kù)區(qū)污泥中高濃度的鋅，能補(bǔ)充庫(kù)區(qū)腹地土壤鋅的缺乏。

污泥中含大量的有機(jī)質(zhì)等，土地利用能改善土壤的性質(zhì)，如對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)(如孔隙度，團(tuán)粒穩(wěn)定性)、土壤的水力學(xué)性質(zhì)(如持水性、水分穩(wěn)定性)、土壤的化學(xué)性質(zhì)(如吸附性、代換性、緩沖性)，以及土壤的生物學(xué)性質(zhì)等都可能產(chǎn)生良好的影響［11］。且其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能提高土壤的肥效，明顯地增加土壤N，P等養(yǎng)分，促進(jìn)各種植物的生長(zhǎng)。施用污泥可以促進(jìn)小麥植株生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量，且污泥對(duì)小麥的增產(chǎn)效果明顯優(yōu)于化肥［12］;可有效地促進(jìn)退化森林生態(tài)系統(tǒng)中的樹木的生長(zhǎng)發(fā)育，如增加株高和地徑，對(duì)林中的灌草層植被也有促進(jìn)和改善［13］。

三峽庫(kù)區(qū)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)，化肥是農(nóng)田養(yǎng)分的主要來源。隨著庫(kù)區(qū)水土的自然流失和農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，土壤所需要的養(yǎng)分不斷遞增，施用量也逐年增加。如果施用經(jīng)過處理的庫(kù)區(qū)污泥制肥，不僅可以明顯降低制肥成本，還可以實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用而提高土壤肥力，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，修復(fù)退化森林系統(tǒng)，并解決其處置出路及二次污染問題。

綜上，三峽庫(kù)區(qū)污泥的土地利用有助于三峽庫(kù)區(qū)改善目前土壤土質(zhì)的不良現(xiàn)狀，彌補(bǔ)土壤中缺乏的元素，促進(jìn)農(nóng)作物的較好的生長(zhǎng)，同時(shí)資源化的利用較好的解決了污泥的處置出路問題。這對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)，更重要的是對(duì)城市污水處理行業(yè)的快速、健康發(fā)展具有重大意義。因此，三峽庫(kù)區(qū)污泥的土地利用是必然的，也是必要的。

5 結(jié)語(yǔ)

三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥的土地利用能實(shí)現(xiàn)污泥的資源化價(jià)值，保護(hù)庫(kù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境;但是污泥施用于土壤也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。庫(kù)區(qū)的污泥土地利用不可簡(jiǎn)單的效仿其他城市，因?yàn)椋环矫?，污泥特性受污水和?dāng)?shù)嘏潘到y(tǒng)及污水處理工藝的影響，具有較強(qiáng)的地域性特點(diǎn);另一方面，污水污泥土地利用的具體條件(如土壤類別和特性等)也具有很顯著的地域性特點(diǎn)。因此，對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)污泥的土地利用，有必要結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)污泥的特性與三峽庫(kù)區(qū)土壤的類型和特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，探索三峽庫(kù)區(qū)污泥土地利用的生物促進(jìn)效用、污染物質(zhì)與土壤的結(jié)合及遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理和環(huán)境影響等，提出三峽庫(kù)區(qū)未來城鎮(zhèn)污水廠污泥處理及改性的對(duì)策，促進(jìn)三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥的處理處置及資源化利用。

［1］ 杭世珺，陳吉寧，鄭興燦，等.污泥處理處置的認(rèn)識(shí)誤區(qū)與控制對(duì)策［A］.2004年國(guó)際污泥無(wú)害化經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集［C］.2004.

［2］ 重慶市政管理委員會(huì)，重慶大學(xué).重慶市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置專項(xiàng)規(guī)劃(送審稿)［R］.2006:12.

［3］ 張建頻.上海市城市污泥處理與處置方法探討［A］.中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)排水委員會(huì)論文集［C］.2003:82-83.

［4］ 丁文川，郝以瓊，湯子華.重慶市城市污水廠污泥的處理與處置［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2000，22(2):14-17.

［5］ 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤的性質(zhì)［EB/OL］.http://www.doc88.com.

［6］ 鄧白羅.紫色土的特性、改良措施及經(jīng)濟(jì)林栽培技術(shù)［J］.經(jīng)濟(jì)林研究，2004，22(4):23-27.

［7］ 鐘 冰，唐治誠(chéng).三峽庫(kù)區(qū)水土流失及其防治［J］.水土保持研究，2001，8(2):147-149.

［8］ 伍黎芝，陳育林.三峽庫(kù)區(qū)土地資源可持續(xù)利用［A］.湖北省土地學(xué)會(huì)成立二十周年論文集［C］.2000:104-108.

［9］ 李士杏，王定勇.重慶地區(qū)20年間紫色土酸化研究［J］.重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，2(1):70-73.

［10］ 常 青，殷中意.重慶市郊土壤中鋅的調(diào)查分析［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，21(3):226-227.

［11］ 張?jiān)鰪?qiáng)，殷憲強(qiáng).污泥土地利用對(duì)環(huán)境的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23(6):1182-1187.

［12］ 陳同斌，李艷霞，金 燕，等.城市污泥混合肥的肥效及其對(duì)小麥重金屬吸收的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22(5):643-648.

［13］ 李貴寶，尹澄清，林永標(biāo)，等.城市污泥對(duì)退化森林生態(tài)系統(tǒng)土壤的人工熟化研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(2):159-162.