城市污泥堆肥資源化過程與污染物控制機(jī)理研究.pdf

1、隨著城市化水平的加快和城市污水處理率的不斷提高，污水處理過程產(chǎn)生的污泥量急劇增加。然而，由于缺乏合理有效的管理方法和處理處置技術(shù)，大量城市污泥只能臨時(shí)堆放，由此引起的二次污染給環(huán)境帶來了巨大的危害。尋求合理的處理處置途徑已成為世界各國(guó)亟待解決的熱點(diǎn)問題。土地利用是目前公認(rèn)的最有效的污泥資源化利用方式，然而污泥中大量存在的污染物限制了污泥的安全土地利用。論文針對(duì)目前污泥土地資源化和土地利用過程中存在的主要問題，重點(diǎn)開展了污水廠污泥污染物調(diào)

2、查、污泥堆肥過程養(yǎng)分控制、重金屬和有機(jī)污染物多環(huán)芳烴(PAHs)的生物解毒技術(shù)研究，探討了生物質(zhì)炭人為輸入對(duì)污泥堆肥及堆肥污泥污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制的影響，研究結(jié)果可以為城市污泥資源化利用過程中的污染控制及其技術(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)。取得的主要結(jié)論有： (1)調(diào)查了浙江省境內(nèi)12家具有典型性、代表性的污水處理廠剩余城市污泥中營(yíng)養(yǎng)成分含量、主要污染物的濃度、分布特征、賦存形態(tài)，并對(duì)污染物進(jìn)行了源解析。結(jié)果表明，浙江省城市污泥中氮、磷等營(yíng)

3、養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量比較豐富，具有良好的土地利用基礎(chǔ)；污泥中重金屬含量則普遍低于國(guó)家污泥農(nóng)用安全限制標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)，表明重金屬已經(jīng)不是阻礙其安全土地利用的主要限制性因素。然而，研究發(fā)現(xiàn)污泥中9種優(yōu)先控制多環(huán)芳烴(PAHs)的總含量(∑9PAHs)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了歐盟規(guī)定的污泥安全農(nóng)用建議標(biāo)準(zhǔn)，其中6家污水廠污泥苯并(a)芘含量超過了我國(guó)的污泥農(nóng)用安全限制值，表明PAHs污染問題已經(jīng)成為限制浙江省主要城市污泥安全資源化利用的重

4、要因素，而工業(yè)污水的混入是城市污泥中PAHs含量超標(biāo)的最主要因素。 (2)根據(jù)污泥中的主要污染物特性，利用好氧堆肥技術(shù)對(duì)污泥中的PAHs進(jìn)行了生物解毒處理。研究結(jié)果表明，好氧堆肥是一種降低污泥中PAHs污染風(fēng)險(xiǎn)的有效措施。經(jīng)過50天的堆肥處理后，污泥種所含的16種美國(guó)國(guó)家環(huán)保總局(USEPA)優(yōu)先控制PAHs的總量(∑16PAHs)減少了79％左右，∑9 PAHs含量從53.4mg.kg-1下降到11.5mg.kg-1。污泥中

5、有機(jī)質(zhì)的礦化和PAHs的去除存在顯著的相關(guān)性，表明微生物的降解對(duì)PAHs的有效去除具有決定性的作用。原污泥存在的三種主要PAHs組分中，菲、二苯并(a)蒽和芴的去除率分別達(dá)到了92.8％、83％和30％，芴也是堆肥污泥中最難降解的PAH。堆肥過程對(duì)污泥重金屬的生物有效性也有一定的抑制作用，堆肥結(jié)束后，重金屬Cu、Zn可提取態(tài)含量均比堆肥初期有明顯下降。 (3)針對(duì)在污泥堆肥過程中普遍存在的氮素?fù)p失嚴(yán)重及污染物解毒效率低的問題，

6、以生物質(zhì)炭為堆肥調(diào)理劑，研究了生物質(zhì)炭輸入對(duì)堆肥過程中氮素?fù)p失和污染物控制的影響。結(jié)果表明生物質(zhì)炭輸入可顯著減少堆肥過程中的氮素?fù)p失。與對(duì)照相比，在添加9％竹炭的情況下，堆肥過程結(jié)束時(shí)的氮素?fù)p失下降了約64.1％。氮素?fù)p失率降低的主要機(jī)理是由于竹炭對(duì)氨的吸附作用。而堆肥過程的生物氧化作用促使竹炭表面酸性基團(tuán)的數(shù)量增加，促進(jìn)了與氨的螯合作用，對(duì)于提高竹炭的保氮效果有積極意義。此外，由于竹炭對(duì)重金屬有較好的吸附能力，因此竹炭的添加亦能明顯降

7、低污泥中重金屬的生物有效性。在堆肥結(jié)束后，與對(duì)照相比Cu和Zn的生物有效性分別下降了27.2％和8.2％。與此同時(shí)，PAHs的去除率也明顯提高。與對(duì)照相比，添加9％竹炭的污泥堆肥結(jié)束后PAHs的去除率提高了15％。 (4)利用末端標(biāo)記限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性分析(T-RFLP)技術(shù)和平板計(jì)數(shù)法研究了竹炭添加對(duì)污泥堆肥過程微生物菌群結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明生物質(zhì)炭對(duì)微生物的生長(zhǎng)具有很好的促進(jìn)作用。有竹炭和無竹炭?jī)蓚€(gè)處理在堆肥各階段微生物

8、群落組成、數(shù)量和豐度呈現(xiàn)明顯的差異。竹炭可以提供一個(gè)有較大表面積的多孔性疏水環(huán)境，增強(qiáng)了孔隙中微生物保護(hù)作用，并且竹炭富含對(duì)微生物生長(zhǎng)有益的營(yíng)養(yǎng)充分和微量元素。因此生物質(zhì)炭添加不僅能明顯促進(jìn)堆肥過程細(xì)菌、真菌及放線菌的數(shù)量，而且有助于提供堆肥污泥中的微生物多樣性。堆肥污泥產(chǎn)品施用到土壤中后能更好的增加土壤的微生物活性，提高土壤的生態(tài)功能，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。同時(shí)，微生物生長(zhǎng)情況的改善，也會(huì)加強(qiáng)PAHs降解菌的活性，提高堆肥過程中PAHs的降解

9、效率。因此由于竹炭輸入導(dǎo)致的微生物多樣性的提高和微生物數(shù)量的增加對(duì)于堆肥污泥品質(zhì)、提高微生物對(duì)污染物的降解能力有積極意義。 (5)以堆肥污泥為種植基質(zhì)開展了盆栽實(shí)驗(yàn)，研究了生物質(zhì)炭輸入對(duì)堆肥污泥的肥效及污染物累積效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，堆肥污泥施用能夠顯著地改善土壤養(yǎng)分狀況；但在較高的施用量情況下也會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬、PAHs殘留量的增加，提高土壤鹽分，增加土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，堆肥污泥施用，也會(huì)增加植株體內(nèi)的重金屬和有機(jī)污染物的

10、含量。相反，由于生物質(zhì)炭對(duì)重金屬和PAHs的吸持固定作用，降低了Cu、Zn的生物有效性和PAHs的遷移性，添加生物質(zhì)炭的堆肥污泥對(duì)植物的毒害作用明顯降低。與對(duì)照相比，生物質(zhì)炭的輸入可以提高離子交換能力，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的緩慢釋放及有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定化，從而有效促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的吸收，并對(duì)土壤養(yǎng)分有一定的束縛作用，使其不易隨灌溉水沖洗而流失，可以促進(jìn)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的保留。因此有生物質(zhì)炭輸入的堆肥污泥更有利于改善土壤性質(zhì)，對(duì)植物的生長(zhǎng)促進(jìn)作用更為明