城市污泥特性分析及其在生态修复中的应用研究

【摘要】：近年来,生态工程建设力度不断加大,而植被修复是其关键和主要的措施。生态修复和植树造林主要面对四荒地以及干涸的河道、废弃的矿山、沙化的土地等,这些地方立地条件差,土壤贫瘠缺乏养料,而污泥中含有的氮、磷、钾、有机质正好是植被生长必须的营养物质。城市污水污泥在生态修复中应用前景广泛。 污泥在生态修复中利用也是一种污泥的土地利用。污泥的土地利用是目前有效的污泥资源化利用的一种方式。然而污泥中存在大量的污染物,使得利用存在一定的安全问题,这是优化研究的课题。本文正是针对目前污泥土地资源化和土地利用过程可能存在的二次污染问题,对北京市污水厂污泥的主要成分进行了检测和化验分析,系统了解北京市污水污泥理化性状,及其重金属等污染物含量。在此基础上,选择北京市高碑店污水厂和庞各庄堆肥厂,以污泥和堆肥作为研究对象,进行田间应用污泥的应用试验。土壤类型选择砂土和壤土,试验设置3个处理、一个对照(ck),通过淋溶试验研究生污泥和堆肥施加后土壤淋滤液中pH值、养分、重金属的变化；通过箱栽试验研究生污泥和堆肥添加后植物生长特性以及养分和重金属对植物、土壤以及水环境的影响；通过盆栽试验研究生污泥和堆肥的施加对紫穗槐等林木植物的生长影响及对林地土壤酶活性的影响。研究结果为城市污水污泥资源化利用及无害化生态修复利用提供理论依据。主要研究结果如下： (1)通过对北京18个污水厂的污泥及2个堆肥厂的堆肥进行检验,研究分析其养分、重金属特性,结果表明：由于各污水处理厂的处理水源不同、处理工艺不同,生产的污泥中养分和重金属含量各不相同,可资源化利用的价值也不相同。北京市污水污泥pH值呈弱碱性(6.71～7.51)；污泥营养成分高,有机质、TN、TP、TK等含量较高；污泥重金属含量普遍低于国家控制标准和欧美国家标准,中心城区污泥重金属含量从2001年到2010年呈现逐年下降的趋势,郊区污泥重金属含量季节变化有差异,其中Cu、Zn、Ni有超标问题。 (2)将生污泥和污泥堆肥分别按0%、2%、4%、6%不同比例(干重比)与表土(壤土)和砂土混合,进行土壤室内淋溶试验,系统分析淋滤液的理化性质,以考察污水污泥作为生态修复土壤改良基质对土壤区不利的影响,结果表明：生污泥和污泥堆肥与壤土和砂土混配后,土壤淋滤液的pH、TN、TP、TK等指标都比对照处理稳定。适量添加生污泥和堆肥,有助于土壤养分的保持,污泥本身的N、P也留存在土壤中,使土壤N、P得到补充、肥力得到提高,有益于作物生长。生污泥和污泥堆肥与壤土和砂土混配后,土壤淋滤液中全钾(TK)含量初期低于对照,后期高于对照,但满足国家标准要求。生污泥和堆肥与壤土和砂土混配后,土壤淋滤液的重金属As、Hg是值得注意的元素,其初期检测到的浓度超过Ⅳ类水质的要求,需要值得注意。其次是Pb、Cr,适量的污泥施用,对地下水造成重金属污染的风险较小。 (3)施用不同量的污泥堆肥在壤土和砂土上进行室内栽培试验研究,结果表明：污泥堆肥对菠菜植物的生长有明显的促进作用,其效果由于生污泥和堆肥的施加量不同而有别；蔬菜可食部分中Cu、Zn、和Cr的含量都有明显增加,但都在国家食品卫生标准范围内；污泥堆肥的施用对菠菜种植土壤养分和重金属影响显著,部分比对照增加几倍以上,对地下水的重金属含量没有明显影响。污泥堆肥的施用因土壤类型而异,必须控制在合适的范围内,此时土壤的养分状况最好,对土壤的重金属含量影响最小,同时污泥堆肥具有污泥用量减少、带入重金属量降低等优点,同时运输及施用方便,为解决城市污泥的出路提供新的途径。 (4)在壤土和砂土上施用不同比例的生污泥和堆肥用于树木盆栽试验研究,结果表明：生污泥和堆肥对植物生长有利。具体表现为：污泥施加10%～15%时,对树木的株高、冠幅、地径的影响较显著。不同土壤对于生污泥和堆肥的适应性不同。在砂土地造林施加污泥时,污泥添加量20%以内土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性增强显著,污泥添加量超过20%以后对碱性磷酸酶活性有抑制作用。在壤土地造林时,添加10%～15%的污泥不影响过氧化氢酶活性,污泥添加超过20%以后对过氧化氢酶活性有抑制作用。