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随着城市的不断发展和人口的增加,城市污水处理厂成为解决水污染的重要手段。污水处理了,而产生的固体废弃物———污泥的处置却成了一大难题。有关污水处理专家说,污泥的处置是比污水更难处理的课题。目前世界上污水处理厂年产干污泥1亿吨。我国城市污水处理厂年产干污泥约300~350万吨(合湿污泥900万吨)。自80年代初我国第一座天津纪庄子污水处理厂建成投产后,所产污泥即由附近郊区农民用于农田,其后北京高碑店污水处理厂投产后的污泥也用作农肥。由于不科学的滥施乱用污泥而造成了土壤、作物的重金属污染和地下水的N、P超标。现在欧美和我国都已制订了污泥的农用标准,以防止过量施用污泥对环境和作物造成危害。现在我国对污泥已采用填埋、农用和园林、花卉等处置和利用方式,而焚烧处置似乎还未见有报导。国内外这些处置和利用途径其利弊如何?我国应采取何种合适的方式?
焚烧
污泥焚烧开始于1934年美国密歇根州安装的第一台多膛炉,而至20世纪60年代逐渐由流化床焚烧炉代替。这是污泥热处理而必不可少的焚烧炉,现在欧洲、美国、日本等发达国家已安装100多台这种炉子。污泥焚烧主要是燃烧污泥中的可挥发性部分,这主要是固体中的有机物。污泥焚烧的优点是,可实现最大限度减量化;病原物均被灭杀,有毒污染物被氧化;污泥灰烬中的重金属活性较污泥中要低得多;可使空气净化设备排放气体达标;污泥燃烧产生热能可发电,其缺陷是流化床焚烧炉成本太高,从澳大利亚的状况来看,投资成本1500~2500澳元(合7500~12000人民币)/年·吨干污泥,运转与维护费每吨干污泥从120~250澳元不等。同时污泥焚烧如无空气净化设备,将引起燃烧过程中产生有毒有害气体。所以在发达国家焚烧处置也只占10%。根据我国经济能力,目前还难以采用这一处置方式。
填埋
填埋是一种最古老的传统处置方式,也是污泥处置的最终手段。污泥焚烧后灰烬和难以焚烧的残渣都以填埋方式进行处置。我国目前采取的污泥填埋一般是运至垃圾填埋场,与城市垃圾一起进行处置。这种填埋方式的问题是,污泥中的N、P和重金属在无防渗情况下污染地下水,同时污泥填埋需要投入运输和管理费用。据有关部门测算,按填埋场25公里运程计算,每吨湿污泥的运输和填埋管理费即达25元。沈阳市到2005年年产18万吨含水70~75%污泥,其运输及管理费每年即达465万元。同时填埋将占用大量土地,按国家规定,填埋1吨夯实垃圾占地0.6平方米,沈阳市到2005年仅污泥即每年占地将近11公顷,按这一比例,目前全国每年则需1000公顷土地。在目前我国城乡耕地越来越少情况下,显然不符合社会持续发展的要求。所以英国Anglian国际研究机构的Peter博士指出:土地填埋污泥正变得越来越行不通。
造肥
城市污水处理厂所处理的污水,一般为城市工业和居民生活的混合污水。随着工业污水不断达标处理,工业污水中的有毒有害物质不断减少,而城市第三产业比重的不断增大和居民生活质量的不断提高,生活污水比重逐渐加大,因而污水处理厂所产污泥中的N、P有机质成分不断提高。一般来说城市污水处理厂所产污泥,每吨干污泥养分含量相当于100公斤硫氨,100公斤过磷酸钙和16公斤硫酸钾。如果以目前全国每年产出350万吨干污泥计算,即相当于35万吨硫氨,35万吨过磷酸钙和5.6万吨硫酸钾,这是一笔很大的肥料资源。但由于污泥中除含有丰富的养分外,尚含有微量的重金属和其他一些有害物质,因此污泥用于农林需要解决3个主要问题,即污泥中重金属不对土壤与作物造成二次污染(包括长期累积);污泥中病原体对环境不造成危害;污泥中氮、磷不构成对地下水污染,如果这3方面都符合环境标准,则污泥可用于农业和园林。
用于农业
污泥无论是用于农业或园林花卉都必须符合国家污泥农用标准,污泥农用目前最常用的是将消化或未消化污泥,加入木屑、稻草等有机物,使其达到足够碳氮比,以供发酵时微生物有充足碳源。同时加入不同的功能菌,在好氧和厌氧条件下,使其发酵达到一定温度。如此堆制一月左右,污泥充分熟化,即可使用。这种堆肥生产成本一般在150元左右/吨(含水40~50%),另一种是将污泥加入N、P、K等无机元素,而制成复合肥,再经高温(280~300℃)烘干制成颗粒肥而用于农业,但这种复合肥由于设备成本和高温烘干而消耗能源,并加入无机元素,所以价格高达500~600元/吨。
园林绿化
在我国城市园林绿化蓬勃发展,城市郊区国营、集体和私营花卉苗圃也日益增多,生产大量苗木花卉供给城市添绿增美。城市绿化了,可苗圃花卉基地的土层却越来越薄,土壤有机质越来越少。一些土壤与生态学家也担心,长此以往,土壤越来越瘠薄,甚至会出现沙化与碱化。解决这一矛盾一是从其他地方运来新土,另一方面要增加土壤有机质。而污泥有机肥用于花卉苗圃,一是可以改良土壤,增加土壤有机质和养分;二是促进苗木和花卉生长;三是污泥中的一些重金属和有害物质不进入食物链,同时树木园林花卉对重金属和有害物质有一定的净化功能。据我们试验,每公顷加入15~150吨(干重)污泥有机肥后,草地上的生物量可增加1~4倍,苗木的胸径和高度,在第二年可比对照增加20~30%,具有明显的增产效果,肥效可持续3~4年。
污泥用于农业和园林花卉,除需要符合污泥农用标准外,还有一个用量限制,据我们试验,在酸性和微酸性土壤中,如果将污泥中某主要重金属元素作为限制因子,并根据其在土壤中的环境容量、背景值、在污泥中的含量等计算得出其最大使用量,则其最大使用量,无论是一次或多次使用,各种重金属元素含量,无论是在土壤或作物籽实都低于环境允许标准,地下水中N、P浓度也都符合地水下Ⅰ、Ⅱ级标准。在欧洲和美国试验表明,污泥可有效代替常规林地用肥料,而污泥用于针叶林地培肥效果十分显著,它既可作为植树前的基肥,又可作为立地林的追肥。
总结上述4种污泥的处置与利用途径,结合我国经济的现有条件,污泥的城市园林绿化和防护林建设是最合适的途径。我国每年城市绿化都是就地挖坑栽树,原地种花种草,不施任何基肥。有的生长不良,成活率不高,其原因有气候土壤因素,也有管理、水肥等原因。城市污泥有机肥则可以弥补缺肥这一缺陷,可改良土壤,又能保水保肥。当前我国正面临开发大西北,需大规模进行生态建设,大面积植树种草,每个城市可就近利用城市污水处理厂污泥作为乔灌草的基肥。在一些贫瘠土壤农区,在控制污泥有机肥用量前提下,污泥有机肥也可作为基肥,以增加作物产量。总之,在我国城市污水处理厂不断发展的今天和将来,城市污水处理厂污泥的无害化、减量化和资源化势在必行,大量的污泥有机肥资源定会发挥重大作用。与此同时,我国急需进行污泥有机肥生产规范化,发展生产污泥有机肥的机械设备,使之成为一个重要的环保产业。
《中国环境报》
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