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江苏地区城市污泥的基本性质及其强制通风堆肥技术研究

张雪英  
【摘要】: 本文采用动态取样、土柱淋滤、强制通风堆肥、室内分析等方法, 系统研究了江苏城市污泥的基本性质;污泥对土壤重金属环境行为的影 响机制;污泥强制通风堆肥的技术参数优化及堆制过程中的生物、化学 变化特征;污泥堆制前后腐殖质的形态变化及重金属在其中的分配。 调查发现,由于经济和技术等方面的原因,江苏地区城市污泥尚没 有得到妥善处置,污泥随意弃置或不合理的施用已对环境造成了潜在危 害。污泥的产生量与污水进量呈正相关关系(r=0.689~*),除南京污水处理 厂污泥有机质、氮、磷较低外(分别为14%、0.82%和0.28%),其余二级 处理污水污泥有机质、氮、磷等养分含量较高,甚至高于普通农家肥。 有机质普遍在40-60%、氮含量在3-6%、磷含量在1-2%,此外还含有丰 富的Ca、Fe、S、Mg、Si等。而且这些有机物的矿化能力较大,易于 提供有效养分。苏州、无锡、常州、徐州、南京污水处理厂的脱水污泥 均呈碱性或弱碱性(pH=7.3-8.1),重金属含量,特别是有毒重金属(Cd、Pb、 Cr、Ni)等基本不超过中国农用污泥污染物控制标准,但Cu、Zn含量普 遍较高,苏州和无锡污水处理厂污泥也有As超标现象。但从重金属的形 态来看,除Cd的活性较高以外,其余重金属主要以生物有效性低的残 渣态和有机结合态形式存在。污泥的基本性质在不同厂之间差异较大, 但在相同的厂内季节性差异较小,全年基本接近。 由于水溶性有机物的产生,污泥施入污染土壤初期会增加土壤Cd的 活性,促进Cd的淋溶。污泥DOM淋滤试验更证明了污泥DOM对土壤 Cd有明显的解吸能力,在用污泥DOM淋洗土壤过程中,污泥DOM对 土壤Cd的解吸率持续上升且明显高于对照处理。高浓度的DOM溶液会 促进Cd的淋溶,200mgC/L的污泥DOM溶液对Cd的解吸率为78%, 而100mgC/L的DOM溶液其解吸率仅为其50%。低分子量(<1, 000Da)DOM组分因含有相对较多的胺基、羧基等官能团也表现出比大分 子量组分(>25,000Da)更强的对Cd解吸能力,如100mgC/L的低分子量 DOM组分对Cd的解吸率为64%,而相同浓度的DOM高分子量组分对 Cd的解吸率仅为36%。 三批不同堆肥试验(不同蓬松剂、不同蓬松剂配比、不同通风量)的结 果表明,污泥与药渣和木花混合均能成功进行污泥堆肥,其中以药渣效 果更好,表现在升温速度快,第3天温度可上升至55℃,55℃高温期可 维持8-11天,35天基本达到腐熟。成功进行污泥堆肥的最佳工艺参数为 污泥与蓬松剂的体积比为1:1或1:3,通风量为0.35m~3/t·min,通风频率 为每3h通风30min。污泥堆肥腐熟以后结构疏松,无臭味。堆肥的高温 能使堆肥病原菌(大肠杆菌计)大幅度灭活,达到国家高温堆肥卫生标准。 污泥堆肥腐熟后,州、*C有一定程度的下降:挥发性固体、有机质、 总有机碳、水溶性有机碳的含量约降至堆肥初始的50%左右,氨态氮、 有机氮含量先上升随后下降,呈抛物线的变化趋势,硝态氮含量的变化 正好相反,先下降后急剧升高;通常堆肥腐熟以后,全氮、全磷、全钾 含量提高;污泥在堆肥35天以后,水芹Kress)种子发芽指数达50%左右, 到了堆肥结柬时,GI均接近或达到80%以上。蓬松剂的加入稀释了污泥 重金属的含量,在整个堆肥过程中重金属全量有一定程度的提高,但DTPA 浸提的重金属变化规律不一。 凝胶色谱结果表明,污泥经过堆制以后,腐殖质中小分子物质含量 减少,大分子物质含量明显增加。*A的大分子大都>7o,000Da且经过 63天堆制以后,浓度提高了1.8倍;但FA在经过63天堆制以后,大分 子物质含量下降30%,小分子量物质含量没有明显变化。通过荧光、红 外光谱的分析发现随着污泥堆肥的进行,HA中有机物不饱和结构的多 聚化或联合程度增大,芳香结构物质含量增加;堆腐后污泥中的FA具 有更多的结构简单的低分子量物质汐羟基、甲基、氨基)和更低的芳构 化水平。堆肥腐熟以后,腐殖质吸附的Cu、Zn元素含量增加,研究发 现Cu上要被吸附在大分子物质上,而Zn主要与小分子物质结合。 通过对污泥堆肥过程中肥堆的物理、化学、植物毒性和色谱与光谱 学特性的分析,作者提出了一种简单方便、快捷准确的污泥堆肥腐熟度 评估指标:堆体的温度必须经过高温阶段井维持7天左右,随后温度下 降并趋于平缓,堆肥种子发芽指数达65%以上,污泥堆肥腐熟以后,结 构疏松,无污泥固有的臭味,C!N心Og比值在 5刁之间,NO。”MH。’>4, 完全满足这几个条件的污泥堆肥可以判定达到完全腐熟,无生物毒性。


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