城市污水处理厂改性污泥基质化利用的可行性研究 摘要 改性污泥是指城市污水处理厂通过改性脱水方法得到的脱水污泥,其含水率与pH 值这两项基本性质与传统技术处理得到的脱水污泥存在较大差异,因而称其为改性污 泥。城市污水处理厂污泥是处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物,如何将 数量大、成分复杂的城市污水处理厂污泥进行有效的处理处置,使其减量化、稳定化、 无害化、资源化,是全球广泛关注的课题之一。本研究旨在通过分析南京市某污水处 理厂改性污泥的理化性质、开展改性污泥预处理试验和污泥基质的草坪和盆栽试马全, 探究改性污泥基质化利用的可行性,并摸索出改性污泥基质化利用的较优方案。 试验结果表明:改性污泥pH呈中性,含水率约为60%,含总氮2. 3%,总磷1.3%, 总钾1.9%,有机质53%,含有多种重金属,重金属含量未超过相关控制标准;只经过 破碎或简单与其他物料(秸秆、牛粪)混合所得的污泥种子发芽指数较低,不符合相 关标准要求,不可作为基质使用;改性污泥经破碎后晒干或堆肥化预处理后种子发芽 指数、理化性质、养分含量、重金属含量等多种指标均符合相关标准要求,可以进行 基质化利用,且所有改性污泥预处理产物中,污泥与秸秆、牛粪按10: 1:1的质量比 混合进行堆肥化处理后养分含量最高;改性污泥晒干和堆肥化处理所得的预处理产物 在作为黑麦草草坪基质时可以明显提高黑麦草生物量和叶绿素含量,铅和铬这两种元 素在基质中有一定的浓度而在黑麦草样品中未检出,黑麦草体内其他重金属如锌、铜、 镍、镉等元素的含量均在可接受范围内;污泥牛粪混合堆肥和晒干改性污泥作为羽衣 甘蓝基质时,羽衣甘蓝能够正常生长,且甘蓝重量、径粗、花盘大小随着混合基质中 污泥堆肥所占比重的增加而增大;植物生长后基质的重金属含量比种植植物前略有增 大,但仍在相关标准控制范围内;改性污泥基质比传统基质有更强更长久的供肥能力, 且改性污泥基质比传统基质的生产和运输成本都低,因而改性污泥基质比传统基质更 具市场竞争力。 本研究中的改性污泥在用作黑麦草草坪基质时宜将污泥牛粪秸秆三种物料混合 堆肥与晒千污泥按1: 1配比制成,在用作羽衣甘蓝盆栽基质时将污泥牛粪混合堆肥与 晒千污泥按3: 7配比较为适宜。本研究通过试验证明了改性污泥在黑麦草和羽衣甘蓝 这两种景观绿化植物的栽培上具有基质化利用可行性,为进一步研究改性污泥基质化 利用技术打下了基础,为实现改性污泥基质产业化生产提供了依据。 关键词:改性污泥;基质;草坪;花卉 ABSTRACT FEASIBILITY OF UTILIZATION OF MODIFED SLUDGE FROM MUNICIPAL SEWAGE TREATMENT PLANT AS SUBSTRATE ABSTRACT Modified sludge means that the sludge from municipal sewage treatment plant is treated by a special technology, whose sludge water content and pH are obviously different from those treated by conventional technology. The sludge from municipal sewage treatment plant is the solid, semi solid and liquid waste produced by treating Sewage. Wide attention in the whole world is paid to the treatment and disposal of sludge which can realize sludge reduction, sludge stabilization, sludge harmless and resourceful. This paper is aimed to study the feasibility of using modified sludge as substrate by study on the physicochemical properties,nutrient content and heavy metal content of modified sludge, preconditioning technique of modified sludge, and lawn and pot experiment with modified sludge being the substrate. The paper is simultaneously aimed to work out the optimum program of taking advantage of modified sludge as substrate. The results showed that: modified sludge had a neutral pH,and the water content, TN,TP, TK and organic matter were 60%,2.3%, 1.3%,1.9%, and 53%. Kinds of heavy metals exited in the modified sludge, and the heavy metal content was lower than the standard. Seed germination indexes of sludge crushed or simply mixed with materials as straw and cow dung did not meet the requirements of relevant standards, so that sludge crushed or simply mixed with other materials could not be used as substrate. Dry sludge and sludge compost had the germination index, physical and chemical properties, nutrient content, heavy metal content and other indicators in line with the requirements of relevant standards,so could they be used as substrate. Compost from sludge, straw and cow dung had the highest nutrient content in all the sludge pretreatment products. Sludge pretreatment could significantly improve the biomass and chlorophyll content of ryegrass. Lead and chromium were not detected in ryegrass, moreover, other heavy metals had acceptable content. Matrix constituted by dry sludge and compost could sufficiently satisfy the demand of kale. Heavy metal content of the substrate increased after in 城市污水处理厂改性污泥基质化利用的可行性研究 the growth of plants, but was still lower than the provision in relevant standards. The products of three kind of materials compost and dry sludge mixed in accordance wit- h the proportion of 1:1 was suitable for ryegrass, while dry sludge and compost of cow dung and sludge mixed in accordance with the proportion of 7:3 was suitable for kale. Sludge substrate had better fertility and lower cost than traditional substrate. The application of sludge substrate had great economic and environmental benefits. KEY WORDS: modified sludge; substrate; lawn; pot IV 第一章绪论 第一章绪论 1.1选题背景 城市污水处理厂污泥是污水净化处理过程中产生的废弃物,由无机物、有机物、 微生物体等混合构成。通常污泥含水率较高,国内污水处理厂一般釆用机械脱水获得 含水率约为80%的“泥饼”,具有流体性质,处置难度和处置成本较高。改性污泥是 指城市污水处理厂通过改性(高干)脱水方法得到的脱水污泥,最突出的一大特点是 其含水率约为60%,进一步实现污泥减量化,另外,改性污泥pH呈中性,疏松性能 好,与传统技术处理所得污泥相比,改性污泥在处置过程中可以节约部分调理污泥性 状所需的人力和物力投入,若进行污泥资源化利用,改性污泥更具可利用性。 随着社会经济的飞速发展,我国的污水处理市场已经由传统的设施建设转向市场 运营,而随着运营市场的逐步成长完善,污泥的处理处置问题日益凸显。政府部门已 意识到污泥的处理处置关系到环境安全和公众健康,幵始从政策和全局规划的高度上 提出解决污泥问题。国家发改委、住房城乡建设部于“十二五”开局之初即联合发布 了《关于进一步加强污泥处理处置工作组织实施示范项目的通知》,要求各地有关部 门高度重视污泥处理处置工作。根据政府规划,“十二五”期间我国污泥处理处置设 施建设投资将达347亿元⑴。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》 也对污泥处理处置领域做出了明确部署,提出开展污泥处理与安全处置技术与设备的 研发和应用示范[2]。 本研究以改性污泥为研究对象。当前,城市污水处理厂污泥改性脱水(高干脱水) 技术正被推广,该脱水技术是将城市污泥通过高干脱水系统技术将污泥的含水率从 97%直接降到60%左右,而传统脱水技术只能将污泥的含水率降到80%左右。与传统 脱水技术比,改性脱水技术能使污泥减容一半以上,同时污泥性状得到改变,起到一 定的稳定化和无害化的作用。避免了传统脱水污泥含水率高、有恶臭、处置费用高、 处置风险大等不足之处。因此,城市污泥改性脱水(高干脱水)技术将会逐渐取代传 统脱水技术,实现在整个行业中的广泛应用。 本研究受南京道科环境科技有限公司委托,以实现污泥“资源化”为主导方向, 希望通过研究证实改性污泥基质化利用的可行性并最终实现污泥基质产业化生产,研 究已于2012年10月与该公司联合申报了南京市科技局科技发展计划科技青奥基金项 目,项目名称为“改性脱水(高干脱水)污泥基质化利用技术研究与应用示范”。 1 城市污水处理厂改性污泥基质化利用的可行性研究 1.2研究目的和意义 1.2.1研究目的 研究的目的是在对城市污水处理厂改性脱水污泥基本特性测定的基础上,设计不 同的改性污泥预处理方法,比较不同预处理方法的处理效果,得出对于本研究中的改 性污泥而言较为适宜的预处理技术。另外希望通过将污泥经过预处理后按不同配比制 成基质利用在花舟、草坪栽培上,通过栽培效果的比较,寻求经济实惠、操作简单且 可满足花舟、草坪生产需要的污泥基质化利用的途径,实现改性污泥有效基质化利用, 拓展改性污泥基质生产、污泥基质草坪和花丼栽培和销售的市场。 1.2.2研究意义 污泥含有丰富的营养元素氮、憐、钾和植物生长必需的微量元素韩、镁、铜、锌、 铁等,幵展污泥在草坪、花齐种植上的应用,不仅可以促进草坪、花丼的生长,避免 使用过多的化肥,而且不存在食物链污染的危险。另外,基质栽培可以减少土地栽培 带来的土壤流失问题;无土基质可根据植物对营养成分的需求进行复合配制,有机质 含量丰富,对植物生长非常有利;在起草或移栽时,带土草坪和花木的根系会大量遭 受损伤,影响铺设或移栽后的成活率和长势,而无土基质草坪和花木在使用时,根系 不受损伤,保持了植物根系的完整从而保证植物具有较高的成活率,无土基质草坪和 花木在铺设或移栽后,不需经过缓苗的过程;基质草坪使用不受场地限制,它可直接 铺于水泥地面(可用于广场、会场等的临时美化)、石材地面(办公楼、饭店、宾馆 大堂等),带土草坪一般只铺在露天绿地中;污泥基质因其重量相对较轻也可以用于 屋顶花园、垂直绿化等,同时也可