活性污泥農(nóng)用化價值探討

徐 震 ，金 麗 ，李慶國

（1.濟(jì)南大學(xué)，山東 濟(jì)南 250022；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

隨著城市化的深入推進(jìn)，各城市污水處理廠大量興建，有效緩解了城市生活污水和工業(yè)廢水對環(huán)境的污染，但處理過程中產(chǎn)生的大量污泥很容易對環(huán)境造成二次污染，由于污泥中含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，其資源化農(nóng)用已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。本文以黃河三角洲利津地區(qū)的鹽堿土為例，用城市污水處理廠的剩余活性污泥作為研究物質(zhì)，以減少重金屬毒素作用為目的，以活性污泥的綠色型農(nóng)用化的土壤改良作為最終目標(biāo)，對本研究區(qū)污泥農(nóng)用化的可行性進(jìn)行探討研究。

1 活性污泥的處理現(xiàn)狀

1.1 污泥填埋

城市剩余污泥填埋方式經(jīng)濟(jì)快捷，所以在部分地區(qū)這是一種主要的污泥處理途徑。但是這種手段不僅會占用許多土地，而且污泥中有大量的毒素，若缺乏有效的處理可能會使有害物質(zhì)滲濾液污染水源，對人們的飲水質(zhì)量和身體健康造成威脅。因此，污泥填埋場地的選定，必須要考慮當(dāng)?shù)氐匦?、地貌、水文地質(zhì)、人口分布等因素。

1.2 污泥投海

污泥投海是利用海洋強(qiáng)大的凈化作用，這種處理手段在世界上被部分沿海國家（地區(qū)）應(yīng)用。然而這種方式會對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的危害。因此，美國、法國、瑞士等歐洲國家及組織對這種活性污泥的處理手段均作了嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。目前污泥投海方式已經(jīng)慢慢地受到約束，直至停止應(yīng)用。

1.3 污泥焚燒

活性污泥的焚燒可以將其礦化并且可以轉(zhuǎn)化為一部分能量。然而反應(yīng)過程需要的能量不能自給自足，必須消耗大量的外界能源作為動力，大大提高污泥處理的成本。例如：日本處理城市剩余污泥的手段主要是焚燒處置，約占70%左右，每年需要用掉多達(dá)3.9×105m3的重油，并且會排放出大量的有害氣體，對空氣造成嚴(yán)重污染。

1.4 農(nóng)用化

城市剩余污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等植物生長必備的微量元素，是非常寶貴的再生資源，因此可以將活性污泥作為營養(yǎng)物質(zhì)用于土壤改良和植物生長，充分將污泥“變廢為寶”。但是城市剩余污泥中含部分重金屬元素和病菌、寄生蟲（卵），如傷寒桿菌、沙門氏桿菌、大腸桿菌、結(jié)核分支桿菌等有害物質(zhì)，若處理不當(dāng)則會通過食物鏈將毒害傳遞給人類?；钚晕勰喽逊适且环N無害化、安全化、穩(wěn)定化的污泥處置工藝，將不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)降解成穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)。高溫堆肥同時能殺死堆料中的病原菌等有害物質(zhì)，有利于減少對環(huán)境的危害以及提高土壤的改良性能。未來活性污泥處理工藝中，農(nóng)用化是最具生態(tài)意義的。

2 污泥堆肥

2.1 堆肥的原理

堆肥就是依靠自然界中大量存在的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，在必備的反應(yīng)條件下，促進(jìn)能被微生物降解的有機(jī)質(zhì)向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過程。各種微生物可以將不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化成為較為穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)，并且可以降低有害臭氣的排放，堆肥后的活性污泥的含水率明顯降低，變得疏松呈渣粒狀態(tài)，對于裝載運(yùn)輸以及使用是十分方便的。

按照需氧程度活性污泥堆肥分為好氧堆肥和厭氧堆肥，好氧堆肥利用好氧微生物降解不穩(wěn)定的有機(jī)物，降解過程溫度穩(wěn)定在50～70℃之間，極限溫度為70～80℃，因此也可以稱作為高溫堆肥，通常說的堆肥一般指高溫好氧堆肥。高溫堆肥微生物活性強(qiáng)、不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)降解快、時間短、性價比高，適用于現(xiàn)代化生產(chǎn)；在堆肥工藝反應(yīng)過程中，由于溫度較高可以殺死大量的病原菌、蟲卵等，在工藝反應(yīng)的后半段，細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物會產(chǎn)生的大量抗生素，可以殺死許多病源毒性物質(zhì)，大大提高處理后污泥的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 好氧堆肥主要影響因素

堆肥過程是可降解有機(jī)質(zhì)在微生物作用下的分解、穩(wěn)定化的過程，該過程與微生物的生殖繁衍、物料成分和控制條件有直接的關(guān)系。影響活性污泥堆肥降解過程的因素眾多，包括：堆體溫度、水分、供氧量以及有機(jī)質(zhì)含量、污泥顆粒度等。對于這幾種因素的有效控制，能加快有機(jī)質(zhì)的降解速率和提高最終堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)。

3 污泥農(nóng)用化的控制標(biāo)準(zhǔn)

為了防止過量污泥施用耕田會對農(nóng)作物和周圍環(huán)境系統(tǒng)造成危害，歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家都制定了符合自己國情的污泥農(nóng)用化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。美國政府對污泥農(nóng)用化有著嚴(yán)格的規(guī)定，將其分成A級和B級。經(jīng)過高溫堆肥無菌化、減量化、穩(wěn)定化后，各類有毒害的物質(zhì)能夠達(dá)到符合土地環(huán)境要求的為A級；經(jīng)過簡單脫水處理后的為B級，只能用于綠化等林業(yè)類型，不能用于改良耕地。

我國根據(jù)酸性、堿性、中性不同的土壤類型分別制定了資源農(nóng)用化污泥中污染物的控制標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格規(guī)定了城市剩余活性污泥必須經(jīng)過無害化高溫有氧堆肥處理后才可以施用與耕田。各國控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。由表1可以看出，與西方各國污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)相比我國的標(biāo)準(zhǔn)是十分嚴(yán)格的，因此我國城市剩余活性污泥資源農(nóng)用化還是比較安全的。

表1 各國污泥農(nóng)用化標(biāo)準(zhǔn) mg/kg

4 實(shí)例分析

4.1 研究區(qū)概況

黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)共有土地面積264.48萬hm2，鹽漬化土壤面積達(dá)82.35萬hm2，故該區(qū)域的土壤改良刻不容緩，本次研究所需改良的土質(zhì)來自黃河三角洲利津縣鹽堿土。

4.2 材料與方法

1）實(shí)驗(yàn)材料。經(jīng)高溫堆肥后的活性污泥，研究區(qū)鹽堿土壤。

2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計。本實(shí)驗(yàn)分為兩組對照實(shí)驗(yàn)，A組空白，對鹽堿土壤進(jìn)行測定，B組在鹽堿土壤中加入處理后的污泥，泥土∶污泥=2∶1，經(jīng)過長時間一系列處理，對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行測定分析。

3）分析指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)以及土壤pH值。

4）分析方法。本實(shí)驗(yàn)有機(jī)質(zhì)測定采用K2Cr2O4容量法，對pH值進(jìn)行直接測定。

4.3 結(jié)果分析

1）不同組pH的變化。由圖1可知，A組pH是7.9，B組pH是7.3，這是由于污泥中的有機(jī)物成分在土壤微生物的作用下分解為有機(jī)酸，使得土壤pH下降。2）不同組有機(jī)質(zhì)的變化。土壤肥力的重要指標(biāo)之一是土壤有機(jī)質(zhì)含量，他在提供作物生長所需的完全養(yǎng)分，在改善土壤結(jié)構(gòu)上發(fā)揮著重要作用。由圖1可見，B組土壤中有機(jī)質(zhì)的含量相比A組略有提升。

5 結(jié)論與展望

1）城市剩余污泥來源簡單方便，含有大量可供植物生長所需元素，實(shí)驗(yàn)證明：城市剩余活性污泥經(jīng)過嚴(yán)格工藝處理可以用于黃河三角洲鹽堿地改良，不僅使剩余活性污泥得到了處置，也實(shí)現(xiàn)了資源再利用，使其“變廢為寶”，達(dá)到雙贏。

圖1 不同組pH值以及有機(jī)質(zhì)變化圖

2）加強(qiáng)對污泥土地利用。用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的更新，有氧堆肥處理技術(shù)的優(yōu)化改進(jìn)等，突破污泥農(nóng)用化技術(shù)瓶頸，更好地實(shí)現(xiàn)城市污泥資源利用最大化，促進(jìn)污泥處理與處置形成良性循環(huán)。