城市污水系統(tǒng)與肥料工業(yè)的關(guān)系

摘 要：生活污水和工業(yè)廢水的排放量隨著世界工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和城市人口的增加而日益增多，城市污水污泥是污水處理的副產(chǎn)品，因而污泥的產(chǎn)出量也日益增加?，F(xiàn)如今，為了避免二次污染和合理、高效地利用污泥中的有效成分，污泥的處理問(wèn)題已上升為世界問(wèn)題之一。目前填埋、焚燒、投海和肥料化利用是污泥的主要處理方式。該文從污泥的泥質(zhì)評(píng)價(jià)及可行性分析、城市污泥的綜合利用、污水污泥的處理現(xiàn)狀以及污泥應(yīng)用所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析，得出結(jié)論：若將處理后的污泥作為一種有機(jī)肥料使用，將成為一種對(duì)中國(guó)而言十分有應(yīng)用前景的污泥利用和處置途徑。

關(guān)鍵詞：城市污水 肥料工業(yè) 復(fù)合肥料

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0149-02

近幾年來(lái)，國(guó)家對(duì)城市污水處理廠建設(shè)的投入年益增長(zhǎng)，相應(yīng)的，城市污水處理率也得到了不斷提高，各地的污水資源化也有了一定的發(fā)展規(guī)模，然而隨之產(chǎn)生的副產(chǎn)品——剩余污泥也給城市的環(huán)境保護(hù)工作提出了新挑戰(zhàn)[1]。解決污水系統(tǒng)的問(wèn)題，也即是解決污泥的問(wèn)題。自從世界上第一個(gè)污水處理廠于1887年在英國(guó)倫敦建立以來(lái)，雖然污水處理業(yè)得以迅速發(fā)展，但同時(shí)新的廢棄物——污泥的產(chǎn)量也大大增加[2]。污泥，即是污水中的固體部分，是對(duì)污水進(jìn)行處理過(guò)程中所產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)以及污水表面漂出的浮沫所得的殘?jiān)?。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)度加快，工業(yè)廢水與生活污水的排放量日益增多，由此污泥的產(chǎn)出量也迅速增加。再加之我國(guó)環(huán)境保護(hù)起步較晚，雖然目前污水處理率較低（1999年為4.5%），但就全國(guó)而言，年產(chǎn)污泥也有107萬(wàn)噸（以干物質(zhì)計(jì)）[3]。據(jù)1996年統(tǒng)計(jì)，世界上十二個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)污泥的處置方式，農(nóng)用占45.3%，填埋占38%，焚燒占10.5%，排海占6.0%。西歐的污泥處置以填埋為主，約占45%，加拿大以焚燒為主，約占40%，美國(guó)和英國(guó)以農(nóng)用為主，分別為30%和42%。目前，露天堆放、直接作農(nóng)肥以及運(yùn)往垃圾填埋場(chǎng)填埋是國(guó)內(nèi)城市污水處理廠的污泥經(jīng)二級(jí)中溫消化處理后的泥餅處置的主要方法。但大多數(shù)污泥還是直接運(yùn)往垃圾填埋場(chǎng)填埋[4]。

事實(shí)上，作為復(fù)合肥料而言，污泥的養(yǎng)分種類非常完全。它不僅含有豐富的氮、磷、鉀成分，還含有有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)，甚至部分污泥還含有鈣、鎂、鐵、鉬、鋅、銅等多種元素。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析得知，城市污水處理廠污泥中的氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)的含量要比農(nóng)村的廄肥高出2～3倍[5]（氮0.8%～0.9%，磷0.3%～0.4%，鉀0.2%～0.35%，有機(jī)質(zhì)16%～20%）。此外，污泥中還含有能促進(jìn)植物生長(zhǎng)的礦質(zhì)元素，如鈣、鐵、鎂、硼、硫等，因而污泥又是一種優(yōu)質(zhì)的肥料和土壤改良劑。綜上所述，利用科學(xué)的手段利用污泥，既能使污泥中的有益組分得以發(fā)揮，又能抑制其有害組分尤其是其中的重金屬組分的危害，故污泥問(wèn)題是我國(guó)乃至全世界環(huán)境界都在研究的重大課題之一。

1 城市污泥的農(nóng)用資源化可行性分析

城市污泥是污水處理過(guò)程中無(wú)法避免的伴生物。污泥中含有豐富的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，如氮、磷、鉀等，因而污泥的農(nóng)用價(jià)值十分受人重視。但污泥中含有的一些重金屬影響了污泥的農(nóng)用資源化利用（表1、表2）。

經(jīng)過(guò)測(cè)定分析，城市污泥中含有大量的有機(jī)物成分及重金屬、部分菌類等。其氮、磷含量均較農(nóng)家肥料含量高。倘若能夠去除污泥中的重金屬和菌類，即可符合農(nóng)作物的施用條件，從而污泥就具有很高的資源價(jià)值及制造肥料的可行性[6]。

2 城市污泥處理現(xiàn)狀

目前厭氧消化、熱處理、好氧消化、加熱干化和加堿穩(wěn)定[7-8]是中國(guó)城市目前主要使用的污泥穩(wěn)定處理工藝。污泥穩(wěn)定的目的簡(jiǎn)而言之即是使得后續(xù)對(duì)其能夠更方便地進(jìn)行處置及利用，具體途徑是通過(guò)對(duì)污泥的處理使其成為穩(wěn)定（即不易腐?。┑漠a(chǎn)物、消滅部分病原體、減少污泥中的臭味等。衛(wèi)生填埋、土地利用和焚燒等是常用的污泥處置方式[9]。

焚燒可殺死病原體，消除有害物，將污泥中的有機(jī)物全部碳化。焚燒的優(yōu)點(diǎn)是處理速度快、可以回收能量、減少污泥體積和儲(chǔ)存時(shí)間等，使得污泥能夠最大程度的減量化、最完全穩(wěn)定化和最徹底的無(wú)害化，但缺點(diǎn)在于會(huì)造成空氣污染，因?yàn)榉贌龝r(shí)會(huì)產(chǎn)生二噁英、二氧化硫等氣體，而且其一次性投資和處理成本都高于其它處理污泥方式，就目前中國(guó)國(guó)情而言，經(jīng)濟(jì)還不夠發(fā)達(dá)，故而焚燒處理所占的比例較低[10]。

污泥填埋是早期處理污泥的方式。填埋處理污泥操作方便且技術(shù)簡(jiǎn)單，一般是在垃圾填埋場(chǎng)直接填埋，但隨城市化速度的加快，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資源的嚴(yán)重污染，且填埋處理這種方法占用土地面積過(guò)大，致使多數(shù)垃圾填埋場(chǎng)不接受污泥，因而這種處理方式終將會(huì)被淘汰。

污泥是一種較好的土壤改良劑。農(nóng)用污泥不僅可利用土壤的自凈能力對(duì)污泥進(jìn)行無(wú)害化處理，且土壤結(jié)構(gòu)也可被污泥的有效成分改善，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。但由于污泥本身還是還有較高重金屬等有害物質(zhì)，因而歐洲大部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始立法禁止食用污泥肥料類的農(nóng)產(chǎn)品，使得這些農(nóng)產(chǎn)品不得進(jìn)入超級(jí)市場(chǎng)[11]。對(duì)于我國(guó)而言，污泥的農(nóng)用也是困難重重，因此這種處理方式將被邊緣化[12]。

3 綜合利用城市污泥

城市污泥按照其有效成分和利用途徑可分以下四類：（1）肥料；（2）飼料；（3）能源；（4）化工建筑材料。

3.1 污泥堆肥化

污泥處理途徑中很重要的一種即是城市污泥高溫好氧堆肥。污泥單獨(dú)堆肥、污泥與粉煤灰混合堆肥和污泥與城市生活垃圾混合堆肥等是目前采用的主要污泥制肥技術(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)在于污泥經(jīng)過(guò)高溫堆肥后，不僅惡臭得以消除，病原菌得以殺死，且通過(guò)轉(zhuǎn)化重金屬的賦存狀態(tài)，重金屬的生物有效性還可得以降低[13]。

3.2 農(nóng)業(yè)利用

污泥中含有氮、鉀、鈣、鎂、磷等較豐富的植物必需營(yíng)養(yǎng)元素，尤其是有機(jī)質(zhì)含量較高，因而是一種良好的有機(jī)肥，但若直接用作農(nóng)業(yè)，要符合以下三個(gè)條件：（1）符合衛(wèi)生要求，不得有病毒或傳染細(xì)菌等；（2）總氮含量應(yīng)符合要求，含氮量過(guò)高也不行；（3）污泥中所含重金屬離子濃度應(yīng)符合農(nóng)業(yè)部頒布的《農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284-8）中規(guī)定。黎青慧等研究結(jié)果還表明：?jiǎn)问┪勰嗫墒褂衩自霎a(chǎn)10.58%、白菜增產(chǎn)8.76%；而污泥與化肥配合施用，能使玉米、白菜的增產(chǎn)率分別高達(dá)21.74%和21.55%，結(jié)果表明污泥用作農(nóng)業(yè)具有較高價(jià)值[14]。

3.3 污泥制作建筑材料

污泥制造建筑材料的資源化利用具有顯著的優(yōu)勢(shì)：利用污泥生產(chǎn)建材不但可以實(shí)現(xiàn)能源、資源的充分利用，還可將其中的有毒有害物質(zhì)分解或固化。而建材行業(yè)原料的高需求量又可就地消費(fèi)大量污泥，因而對(duì)于有機(jī)物含量偏低、不宜農(nóng)用的污泥是一種有效的處理方式，故而具有應(yīng)用前景十分可觀[15]。

此外，還有一些注意事項(xiàng)需要謹(jǐn)記。

（1）對(duì)不同性質(zhì)的污泥應(yīng)予以分類，將可做肥料的和不可做肥料的分開(kāi)使用。

（2）對(duì)于已經(jīng)確定是污泥復(fù)合有機(jī)肥的，還需區(qū)別出可用于瓜果蔬菜與僅可用于糧食作物或作為生態(tài)用肥的污泥。

（3）同一類污泥肥料適用于土壤的和不能用或不宜施用于土壤的要分清楚。

（4）同類污泥哪些適用于糧食作物，哪些適用于經(jīng)濟(jì)作物或僅作生態(tài)用肥。

4 堆肥化后農(nóng)用相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題

堆肥是把一定比例的稻草、木屑、秸桿或生活垃圾等調(diào)理劑和膨松劑加入污泥中，利用在潮濕環(huán)境中微生物的群落對(duì)多種有機(jī)物進(jìn)行氧化分解并將其轉(zhuǎn)化為類腐質(zhì)類。該方法的缺點(diǎn)在于病原體仍可能存活于堆肥處理后的污泥產(chǎn)品中，且產(chǎn)品的含水率較高，可達(dá)30%～40%，也可使病原體復(fù)活，故其使用安全性不能得以保證。剩余污泥如果長(zhǎng)期按照農(nóng)用的方式使用，污泥中的重金屬離子、有毒有機(jī)物會(huì)造成土壤以及水體的二次污染：（1）重金屬會(huì)造成作物及土壤的二次污染；（2）污泥中存活的病原體會(huì)造成環(huán)境危害；（3）氮磷等物質(zhì)在濃度過(guò)高的情況下會(huì)污染地下水資源。針對(duì)這類不良后果，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)其使用制定了嚴(yán)格的使用標(biāo)準(zhǔn)。因此在目前相關(guān)技術(shù)尚未成熟的情況下剩余污泥的農(nóng)用還是很有局限性的。盡管堆肥化存在的問(wèn)題尚未得到根本解決：如其中的重金屬和毒性有機(jī)物的存在，但程永高[16]通過(guò)對(duì)堆肥成品的二次堆肥試驗(yàn)，已可以較好地在污泥中完成污泥穩(wěn)定化過(guò)程。程永高的研究結(jié)果表明：二次堆肥殺滅了病原微生物、降解了易腐有機(jī)物，堆肥成品足夠松散且無(wú)惡臭，達(dá)到了無(wú)害化污泥要求，因而污泥動(dòng)態(tài)堆肥裝置是較為理想的機(jī)械化堆肥裝置。張?jiān)鰪?qiáng)的研究結(jié)果也表明只要施用得當(dāng)，重金屬，鹽分和地面徑流等相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題可以得到控制。張?jiān)鰪?qiáng)研究了堆肥化中重金屬的形態(tài)變化，該研究表明污泥經(jīng)過(guò)堆肥化后，減少了水浸提態(tài)重金屬的量，總體而言交換態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬含量有所增加，而殘?jiān)鼞B(tài)量不同的重金屬變換不盡相同，但是其重金屬總量要遠(yuǎn)高于不同浸提劑。薛澄澤等]的研究結(jié)果表明，在堆肥化中添加劑的作用下重金屬的含量可以相應(yīng)減少7.3%～16%，而生物有效率均小于1%，最重要的是重金屬在土壤中僅僅停留在表層，未向下移動(dòng)。

5 結(jié)論

目前中國(guó)乃至全世界所面臨的環(huán)境領(lǐng)域的難題之一便是城市污水系統(tǒng)的處理。污水產(chǎn)生污泥，而污泥處理不當(dāng)直接排入環(huán)境會(huì)造成環(huán)境污染，也會(huì)造成資源和能源的浪費(fèi)。但污泥也是可以實(shí)現(xiàn)一定的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的：如經(jīng)過(guò)減容、穩(wěn)定和無(wú)害化處理之后，將其作為資源加以綜合利用。但各地處理自己區(qū)域的污泥時(shí)不應(yīng)盲從，而是立足于本地區(qū)的實(shí)際情況，因地制宜地將污泥化害為利，變廢為寶，從而實(shí)現(xiàn)城市污泥的資源化利用。對(duì)中國(guó)而言，我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，同時(shí)化肥又供不應(yīng)求，每年僅進(jìn)口化肥這一項(xiàng)花費(fèi)便高達(dá)20多億元，即便如此，每年仍有10%左右的缺口。而倘若污泥能夠得到充分利用，將污泥堆肥化后制成肥料特別是高效有機(jī)復(fù)混肥，既可以為我國(guó)的農(nóng)業(yè)提供充足的有機(jī)肥料，化解肥料危機(jī)，也為污泥找到了一條揚(yáng)長(zhǎng)避短、化害為利、興利抑弊的合理出路，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益都會(huì)極為顯著。但若想實(shí)現(xiàn)這一偉大目標(biāo)，還需要科研部門(mén)、環(huán)保部門(mén)、污泥使用者等等各個(gè)部門(mén)通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的通力合作才能真正實(shí)現(xiàn)。

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