葛廣星

(東營(yíng)市財(cái)金水務(wù)有限責(zé)任公司, 山東 東營(yíng) 257091)

隨著城市化進(jìn)程的加快,城市居民用水、工業(yè)生產(chǎn)用水以及其他城市用水需求量逐年增加,給水廠污泥產(chǎn)量也隨之增加,這些污泥未經(jīng)處理直接排入自然環(huán)境,會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[1]。 給水廠處理污泥的成本較高,早期許多未脫水的給水廠污泥被直接排入地表水體,對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)和人類健康產(chǎn)生潛在危害,還有部分未脫水的給水廠污泥經(jīng)過(guò)預(yù)處理后排放到污水系統(tǒng),增加了污水處理廠的污水處理壓力[2]。 近年來(lái),國(guó)內(nèi)新建給水廠一般增設(shè)污泥濃縮和脫水工藝,并對(duì)脫水濃縮后的泥餅進(jìn)行無(wú)害化、減量化處理或者自行填埋[3],這些處置方式在一定程度上會(huì)增加水廠的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

北方某給水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為15×104m3/d,包含10×104m3/d 工業(yè)用水和5×104m3/d 自來(lái)水,工業(yè)用水采用絮凝沉淀工藝,自來(lái)水采用絮凝沉淀+超濾工藝。 給水廠全年干泥量約2 577 t,經(jīng)污泥干化場(chǎng)晾曬后的污泥含水率約70%,占地較多,對(duì)給水廠運(yùn)行和未來(lái)擴(kuò)建帶來(lái)不便。 本文通過(guò)分析給水廠污泥性質(zhì),開(kāi)展種植試驗(yàn),對(duì)污泥資源化利用方向進(jìn)行研究探索。

1 給水廠污泥用于種植土的研究現(xiàn)狀

給水廠污泥的處置技術(shù),國(guó)內(nèi)外開(kāi)展研究均起步較晚,通常研究技術(shù)路線借鑒污水污泥的處置方法,包括土壤改良、堆肥、填埋、燒制建材等各方面。

給水廠干污泥成分與土壤類似,主要是由10%的有機(jī)物和90%的無(wú)機(jī)鹽(包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等)構(gòu)成,把污泥適量添加到土壤中后,能夠提高土壤的凝聚程度,改善土壤結(jié)構(gòu),有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)。 同時(shí),污泥中的金屬氧化物能夠有效吸附土壤中的重金屬,降低了重金屬濃度,同樣也促進(jìn)了農(nóng)作物的生長(zhǎng)[3]。 給水廠污泥的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表明,給水廠污泥不會(huì)對(duì)湖水中浮游動(dòng)植物產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響,其較大的比表面積反而有利于微生物的生長(zhǎng),屬于一種生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)很低的可回收廢棄物[4]。 劉永康等[5]分析了給水廠污泥的物質(zhì)組成,發(fā)現(xiàn)給水廠污泥的含水率為15.25%,有機(jī)物含量為25.85%,無(wú)機(jī)物含量為58.9%,無(wú)機(jī)物中有大量的SiO2、Al2O3和Fe2O3,且重金屬含量較低。 通過(guò)對(duì)上海某給水廠污泥重金屬含量測(cè)試核對(duì)污泥特殊成分分析結(jié)果,其重金屬含量、總烴含量、放射性水平都低于國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)及上海市土壤環(huán)境背景值,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響[6]。 可以看出,給水污泥物質(zhì)組成與粘土相似,同時(shí)其中存在混凝劑的殘?jiān)?因此給水污泥存在資源化利用的價(jià)值。 給水廠污泥的金屬析出風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果表明,給水廠污泥成分中雖然包含了很多的重金屬元素,尤其是鐵鋁含量較高,但是其中大多數(shù)金屬可以保持穩(wěn)定性,在給水廠污泥的應(yīng)用過(guò)程中,其包含的大多數(shù)重金屬元素不會(huì)對(duì)環(huán)境造成顯著的影響。

不同國(guó)家的給水廠污泥中,大部分金屬污染物無(wú)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)或具有低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),可考慮資源化利用[7]。 李芳[8]將長(zhǎng)沙市某給水廠污泥與土壤混合用于種植,結(jié)果表明給水廠污泥特性與自然土壤無(wú)顯著差異,污泥中存在豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷等元素,這些物質(zhì)可明顯增加植物中的葉綠素以及促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。 謝敏等[9]對(duì)盆栽植物高羊茅和萬(wàn)壽菊的生長(zhǎng)影響研究發(fā)現(xiàn),施用一定量的凈水廠污泥,可以明顯促進(jìn)二者生長(zhǎng)。 與對(duì)照組相比,植株的各生長(zhǎng)指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)元素明顯提高,其中鮮重提高18.6%～264%,氮含量提高4.8%～267.4%,磷含量提高0 ～204.9%,鉀含量提高4.5% ～69.9%,鈣含量提高4.5%～365.1%,鎂含量提高11.9% ～67.1%。 黃游[10]將上海市某給水廠污泥作為研究對(duì)象,通過(guò)盆栽和田間對(duì)照試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)添加污泥后的植物比未添加污泥的植物生物量明顯增加,污泥帶入土壤的活性有機(jī)碳源和活性微生物可以增強(qiáng)土壤中脲酶、磷酸酶等酶的活性,證明污泥可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng),提高了園林植物的觀賞價(jià)值。 阮琳等[11]利用桉樹進(jìn)行種植試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)給水污泥堆肥產(chǎn)品配置的種植土保水性能較好, 且隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng),植株株高、樹葉顏色明顯優(yōu)于對(duì)照組。

2 給水廠污泥檢測(cè)分析

2.1 污泥來(lái)源

試驗(yàn)污泥取自北方某給水廠,水廠采取分質(zhì)供水,兩種處理工藝分別采用絮凝沉淀工藝和絮凝沉淀+超濾工藝,添加藥劑有聚合氯化鋁、二氧化氯。該污泥來(lái)自水廠沉淀池排泥水,排泥水中的污泥經(jīng)排泥池濃縮后抽送至污泥干化場(chǎng)晾曬。 選取該給水廠經(jīng)干化場(chǎng)晾曬后的污泥,晾曬后的污泥呈黑褐色,經(jīng)自然風(fēng)干后明顯結(jié)塊。

2.2 檢測(cè)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)方法

檢測(cè)項(xiàng)目包含銅、鋅、鉛、鎳、鉻、鎘、汞、砷 8 種重金屬含量。 銅、鋅、鉛、鎳、鉻使用TAS-990MFG型原子吸收光譜儀,按照HJ 491—2019《土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法》測(cè)定;鎘使用TAS-990MFG 型原子吸收光譜儀,按照GB/T 17141—1997《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測(cè)定 石墨爐原子吸收分光光度法》測(cè)定;汞、砷使用AFS-9700 雙道原子熒光光度計(jì),按照GB/T 22105.1—2008《土壤質(zhì)量 總汞、總砷、總鉛的測(cè)定原子熒光法》測(cè)定。

2.3 檢測(cè)結(jié)果

該給水廠污泥中各類重金屬含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。 大部分重金屬指標(biāo)均未檢出,其他重金屬含量均滿足Ⅰ級(jí)綠化種植土[12]和農(nóng)用污泥中污染物控制要求[13],可嘗試將該給水廠污泥用于種植實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步了解污泥性質(zhì),為污泥資源化利用提供參考。

表1 給水廠污泥中各類重金屬含量Tab.1 The content of various heavy metals in the sludge of the water supply plant

3 污泥種植試驗(yàn)

3.1 材料與方法

本研究采用盆栽試驗(yàn),試驗(yàn)植物為無(wú)架豆,采用播種種植。 選用3 個(gè)尺寸為30 cm×20 cm×15 cm 的泡沫箱,盛土約3 kg。 設(shè)置3 種試驗(yàn)土壤:1 號(hào)為種植土3 kg;2 號(hào)為給水廠污泥1.5 kg+種植土1.5 kg混合均勻;3 號(hào):給水廠污泥3 kg。 3 個(gè)對(duì)照組設(shè)置在相同的陽(yáng)光照射和澆灌條件下,期間不另外施加肥料。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

5 月13 日在以上三種試驗(yàn)土壤中播種無(wú)架豆,觀察記錄無(wú)架豆的生長(zhǎng)情況,測(cè)定指標(biāo)包括植株高、豆莢長(zhǎng)、莢粗、豆莢重等,觀察周期為90 d,3 種土壤中無(wú)架豆生長(zhǎng)情況比較見(jiàn)表2。 無(wú)架豆在給水廠污泥中的生長(zhǎng)變化過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)架豆在給水廠污泥中的生長(zhǎng)變化過(guò)程Fig.1 Growth and variation process of frameless beans in sludge of water supply plant

表2 三種土壤中無(wú)架豆生長(zhǎng)情況比較Tab.2 Comparison of growth of scaffold beans in three soils

6 月12 日在污泥干化場(chǎng)地種植的花生長(zhǎng)勢(shì)良好,籽粒飽滿,受干化場(chǎng)表面污泥板結(jié)影響,花生在開(kāi)花下針期部分果針無(wú)法插入土中,將板結(jié)污泥粉碎后可消除此影響。 花生在給水廠污泥中的生長(zhǎng)情況見(jiàn)圖2。

圖2 花生在給水廠污泥中的生長(zhǎng)變化過(guò)程Fig.2 Growth and change process of peanut in sludge of water supply plant

經(jīng)過(guò)約90 天生長(zhǎng)觀察,發(fā)現(xiàn)無(wú)架豆和花生均可以在給水廠污泥中正常生長(zhǎng)。 受無(wú)架豆種子個(gè)體差異影響,發(fā)芽時(shí)間和開(kāi)花時(shí)間略有差別,其他各處理項(xiàng)之間也存在一定差異,100%使用給水廠污泥種植的無(wú)架豆各個(gè)性狀顯著優(yōu)于水廠種植土和使用50%水廠污泥種植的無(wú)架豆,這是由于給水廠污泥含有豐富的氮、磷、鉀養(yǎng)分和有物質(zhì),使植株長(zhǎng)勢(shì)更好。 可見(jiàn)給水廠污泥也是一種資源,同其他植物所需元素成分優(yōu)良配比制成的肥料施于農(nóng)田,回歸自然環(huán)境,不但能改善生態(tài),對(duì)于增加作物單位面積產(chǎn)量、提高社會(huì)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也有積極的意義。

4 結(jié)論

① 給水廠污泥中重金屬含量較低,不會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生毒害。

② 在給水廠污泥中生長(zhǎng)的無(wú)架豆和花生長(zhǎng)勢(shì)良好,籽粒飽滿。

③ 給水廠污泥可促進(jìn)植物生長(zhǎng),在各項(xiàng)重金屬含量達(dá)標(biāo)的前提下,可探索用于土壤改良,使其變廢為寶。