（环境科学专业论文）不同添加剂处理污泥农用资源化试验研究.pdf

a b s t r a c t i i i iii ii i iii i i iii i i i ij y 2 2 5 8 3 13 s e w a g es l u d g e i sa ni n e v i t a b l eo u t c o m ef r o mw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，a n dt h e r ei sa d r a m a t i ci n c r e a s ei nt h es e w a g es l u d g e i tm a yp l a yap o s i t i v er o l ef o rs o i l - p l a n ts y s t e m ，f o rl o t s o fn u t r i e n t sa n do r g a n i cm a t t e rc o n t a i n e di ns e w a g es l u d g e h o w e v e r ，t h e r ea r eh a r m f u l s u b s t a n c e si ns e w a g es l u d g e ，s u c ha sh a r m f u lh e a v ym e t a l s ，s os e w a g es l u d g es h o u l d b et r e a t e d p r o p e r l yb e f o r eb e i n gu s e di na g r i c u l t u r e t h ep o te x p e r i m en tw a sc a m e do u tt oi n v es t i g a t e dt h ee f f e c to fs e w a g es l u d g eb ymo d i f i edf l y a s h ，q u i ck l i m e ，c e m e n to na m o u n to ft n ，t pa n dh e a v ym e t a l si nle t t u c ea n dc h i l li t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ( 1 ) s o i lm o d i f i e ds l u d g ei n c r e a s e dt h et n ，t pa n dh e a v ym e t a li ns o i l b e c a u s et n a n dt pi s0 o ff l ya s h q u i c k l i m ea n dc e m e n t ，c h a n g e so f ina n dt po fs o i li sn o to b v i o u sw i t ht h es l u d g e c o n t e n ta d d e d t h e r ei sn oe f f e c to ff l ya s h q u i c k l i m ea n dc e m e n to nf e ，m ni ns o i l t h e p a s s i v a t i o no fq u i c k l i m ea n dc e m e n tt oe f f e c t i v ez nw a s o b v i ou si nt h et r e a t m e n to f1 s e w a g e s l u d g e ；t h es l i g h tp a s s i v a t i o no fq u i c k l i m et oc u w a so c c u r r e di nt h et r e a t m e n to f3 s e w a g e ( 2 ) a p p l i c a t i o no fs e w a g es l u d g ec o u l di n c r e a s et h ey i e l do fl e t t u c e ，a n dt h ey i el dw a sh i g h e s t i nt h et r e a t m e n to f3 s e w a g ea n d10 f l ya s h t h ec o n c e n t r a t i o no ft n ，t pa n df e ，m n ，c u ，z n ， c di nl e t t u c ew a si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fs l u d g ea p p l i e d t h ec o n c e n t r a t i o nofm ni n l e t t u cew a sr e d u c e dw i t ht h ei n c r e as i n go ff l ya s ha n dq u i c k l i m e i nt h et r e a t m e n tof1 s l u d g e ， a p p l i c a t i o no fq u i c k l i m ec o u l dr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no fc ua n dc d ，w h i l e i nt h et r e a t m e n to f 3 s l u d g e a p p l i c a t i o no ff l y a s hc o u l dr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no fz na n dc d a f t e rh a r v e s t i n g l e t t u ce t h ec o n c e n t r a t i ono ft na n dt pi ns o i li nt h et r e a t m e n t so fs l u d g ew a sh i g h e rt h a nt h a ti n c k t h ep a s s i v a t i o no ff l ya s ha n dq u i c k l i m et ot h ec dw a so b v i o u s ( 3 ) s e w a g es l u d g ec o u l di n c r e a s et h ey i e l do fp e p p e r ，a n dt h ey i e l dw a sh i g h e s ti nt h et r e a t m e n t o f3 s e w a g ea n d5 f l ya s h t h ec o n c e n t r a t i o no ft na n dt pi nc h i l l i w a si n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s i n go fs l u d g e t h ec o n c e n t r a t i o no fc d i nc h i l l iw a sr e d u c e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ff l ya s h i nt h et r e a t m e n to f1 s l u d g e a p p l i c a t i o no fc e m e n tr e d u c e dt h ec o n c e n t r a t i o no fm ni n t h e t r e a t m e n to f1 w h i l ei nt h et r e a t m e n to f3 s l u d g e ，a p p l i c a t i o no ff l ya s hr e d u c e dt h e i i i c o n c e n t r a t i o no f c u 、z na n da p p l i c a t i o no f q u i c k l i m er e d u c e dt h ec o n c e n t r a t i o no f m na n dc di n c h i l l i t h ep a s s i v a t i o no ff l ya s ht oc da n dt h ep a s s i v a t i o no fc e m e n tt om nw e r eo b v i o u si nt h e t r e a t m e n to f1 s l u d g e t h ep a s s i v a t i o no ff l ya s ht oc ua n dt h ep a s s i v a t i o no fq u i c k l i m et oz n a n dc uw a so b v i o u si nt h et r e a t m e n to f3 s l u d g e a p p l i c a t i o no fs l u d g ei n c r e a s e dv e g e t a b l ey i e l da n dt h ea m o u n to ft na n dt p w i t ht h e p r o l o n g a t i o n ofp a s s i v a t i o nt i me ，t h ee f f e c tofp a s s i v a t i o no n h e a v ym e t a l sw o u l dc h a n g e c o n s i d e r i n gv e g e t a b l eg r o w t ha n dh e a v ym e t a lt o x i c i t y a p p l i c a t i o no f3 s l u d g ew i t h10 f l y a s ht os o i lw a sr e a s o n a b l ef o rp l a n t i n gl e t t u c e a n d3 s l u d g ew i t h5 f l ya s hw a sr e a s o n a b l ef o r p l a n t i n gp e p p e r k e y w o r d s ：s e w a g es l u d g e ，h e a v ym e t a l ，a d d i t i v e ，l e t t u c e ，p e p p e r i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 前言1月f j 舌 1 1 生活污泥概述1 1 1 1 生活污泥的组成与性质1 1 1 2 生活污泥的处理处置研究3 1 1 2 1 国内外污泥常规处理处置方法3 1 1 2 2 我国污泥处理处置现状4 1 1 3 生活污泥土地利用研究4 1 1 3 1 污泥对土壤环境的影响4 1 1 3 2 污泥对植株生长的影响5 1 1 4 生活污泥中污染物控制5 1 1 4 1 病原微生物控制5 1 1 4 2 重金属控制6 1 2 粉煤灰概述7 1 2 1 粉煤灰的组成7 1 2 2 粉煤灰的应用研究，8 1 2 2 1 粉煤灰的农业应用9 1 2 2 2 粉煤灰的污泥应用9 1 3 国内外污泥土地利用的研究情况1 0 1 3 1 国外的研究情况1 0 1 3 2 国内的研究情况1 0 1 4 本论文的研究目的和内容1 1 2 不同处理对土中n 、p 及重金属的影响1 2 2 1 材料与方法1 2 2 1 1 供试材料1 2 2 1 2 试验方法1 2 2 1 3 测定项目及方法1 3 2 2 结果与分析1 3 2 2 1 不同处理对土中t n 、t p 的影响1 3 2 2 1 1 添加粉煤灰的污泥对土中t n 、t p 的影响1 3 2 2 1 2 添加生石灰的污泥对土中t n 、t p 的影响1 4 2 2 1 3 添加水泥的污泥对土中t n 、t p 的影响1 4 2 2 2 不同处理对土中重金属的影响1 5 2 2 ，2 1 添加粉煤灰的污泥对土中重金属的影响 2 2 2 2 添加生石灰的污泥对土中重金属的影响 2 2 2 3 添加水泥的污泥对土中重金属的影响 1 5 1 7 1 9 3 不同处理对生菜及土中t n 、t p 及重金属的影响2 2 3 1 材料与方法2 2 3 1 1 供试植物 3 1 2 试验方案设计 3 1 3 测定项目及方法 2 2 2 2 2 2 3 2 结果与分析2 2 3 2 1 不同处理对生长情况的影响2 2 3 2 2 不同处理对生菜中t n 、t p 影响2 3 3 2 2 1 添加粉煤灰的污泥对生菜中t n 、t p 的影响2 3 3 2 2 2 添加生石灰的污泥对生菜中t n 、t p 的影响2 4 3 2 2 3 添加水泥的污泥对生菜中t n 、t p 的影响2 4 3 2 3 不同处理对生菜中重金属的影响2 5 3 2 3 1 添加粉煤灰的污泥对生菜中重金属的影响2 5 3 2 _ 3 2 添加生石灰的污泥对生菜中重金属的影响2 7 3 2 3 3 添加水泥的污泥对生菜中重金属的影响2 8 3 2 4 土中重金属的残留量3 0 3 2 4 1 添加粉煤灰的污泥土中重金属的残留量3 0 3 2 ，4 2 添加生石灰的污泥土中重金属的残留量3 2 3 2 4 3 添加水泥的污泥对士甲重金属的影响3 5 3 3 小结 4不同处理对辣椒及土中t n 、t p 及重金属的影响3 8 4 1 材料与方法 4 1 1 供试植物 4 1 2 试验方案设计 4 1 3 测定项目及方法 4 2 结果与分析 3 8 3 8 3 8 3 8 3 8 4 2 1 不同处理对辣椒生长情况的影响3 8 4 2 1 2 不同处理对辣椒中t i n 、t p 影响3 9 4 2 2 1 添加粉煤灰的污泥对辣椒中t n 、t p 的影响3 9 4 2 2 2 添加生石灰的污泥对辣椒中t n 、t p 的影响4 0 4 2 2 3 添办1 1 水泥的污泥对辣椒中t n 、t p 的影响4 0 4 2 3 不同处理对辣椒中重金属的影响4 l 4 2 3 1 添加粉煤灰的污泥对辣椒中重金属的影响4 1 4 2 3 2 添加生石灰的污泥对辣椒中重金属的影响4 3 4 2 3 3 添加水泥的污泥对辣椒中重金属的影响4 4 4 2 4 土中重金属的残留量4 6 4 2 4 1 添加粉煤灰的污泥土中重金属的残留量 4 2 4 2 添加生石灰的污泥土中重金属的残留量 4 2 4 3 添加水泥的污泥土中重金属的残留量 4 3 小结 4 6 4 8 5 0 5 2 5 结果与讨论5 3 参考文献5 5 致谢6 1 攻读学位期间发表的学术论文目录6 2 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书6 3 杨文娟不同添加剂处理污泥农用资源化试验研究 1 前言 1 1 生活污泥概述 随着城市化进程的加快，城市人口的数量和规模迅速增加，生活污水的排放量也与目 俱增，而生活污泥的排放量则以每年1 0 的速度持续上升 1 1 。污泥和普通垃圾不一样， 简单填埋会产生侵蚀和渗漏作用，极易对地下水、土壤等造成二次污染。污泥中丰富 的有机物、营养元素流入水体会导致水体恶化，严重影响水生生物的生存；同时污泥 中的营养物质又会使水体富营养化，藻类大量繁殖，导致渔业产量下降；另外，污泥 中还有多种重金属和病原菌等有毒有害物质，处理不当会污染作物和土壤，危害人类 身体健康。因此，不妥善处理污泥必将会对环境造成严重的污染，成为影响城市环境 卫生的一大公害。 1 1 1 生活污泥的组成与性质 生活污泥( s e w a g es l u d g e ) 是城市污水处理一处理污水过程中的必然产物，是由无 机颗粒、有机残片、细菌菌体、胶体等组成的极其复杂的非均质体【引。简单的讲，污泥就 是污水中的固体部分，而在成分上则是一种介于无机和有机之间的半固体废弃物。世界水 环境组织( w w o ) 按其资源化特性将污泥更名为“生物同体( b i o s o l i d s ) ”其确切含义为： 一种能够有效利用的富含有有机质的城市污染产物 3 。 污泥的产生量一般与污水处理深度、污水处理量、进水水质以及污水处理工艺有关 4 ， 而其中又与污水处理量、污水处理深度成正比 5 1 。目前，世界各国的污水处理率和处理水 平相差很大，因此，对于污泥的产生量很难给出一个准确的数值，一般都是根据污水处理 量进行大体估算。污水处理效率越高，污泥数量也会越多【6 】。 生活污泥，从外观上看，是一种含水率高的黑色或黑褐色的流体或半固体状物质。 m a c n i o c l 和b e c k e t t 【，】j 哿污泥区分为颗粒态、生物絮凝态、胶体和水溶态4 个组分。颗粒态 组分主要由粒径 4 0 u r n 的污泥矿物颗粒、动植物和塑料等分解碎片组成；生物絮凝态组分 主要由絮凝的污泥细菌构成；胶体组分主要包括胶体状态的有机物及未絮凝的细菌分解残 片；而水溶态组分主要由可溶性的有机物质( 大多数分子量 1 5 0 0 d a ) 和无机阴阳离子。 周立祥等【8 等研究发现污泥中的生物絮凝态组分占总量的6 9 ，颗粒态组分占2 3 ，水溶 扬州大学硕士学位论文 态组分占总量的不到8 ，而胶体组分所占最小，不到1 。 污水处理厂中分离出来的污泥是有多种微生物形成的菌胶团及与其吸附的有机物 ( 6 5 ) 和无机物( 3 5 ) 组成的集合体。有机物主要含有蛋白质、油脂、粗纤维、腐殖 酸等；无机物则包括各种重金属化合物及无机酸盐。 在处理污水过程中，活性污泥能吸附降解污水中的有机质，因此污泥中主要成分是有 机质。另外，污泥中还含有大量植物生长所需要的氮、磷、钾等营养元素，以及铁、铜、 锰、锌、钙、镁、硫、硼、铂等微量元素。其中的氮和磷均是有机态，可以缓慢释放且有 长效性 9 j 。不同城市污泥的全氮和有机质含量变化很大，全钾的含量变化却比较小。我国 北方城市污泥中全磷含量普遍比南方城市污泥低：经济发达地区城市污泥中有机质、全氮、 全磷、全钾含量普遍偏高，而经济欠发达地区城市污泥扣以上物质含量普遍偏低。李艳霞 等 t0 1 通过对全国2 9 个城市污泥组成的统计分析发现，我国城市污泥的有机质平均含量达 到3 8 4 9 k g ，全氮、全磷、全钾分别为2 7 0 9 k g 、1 4 3 9 k g 、7 0 9 k g ；有机质、全氮、全磷 比纯猪粪分别高出1 3 2 3 ，但全钾含量比纯猪粪低l 3 。 由于生活污泥中的营养物质含量很高，是一种高营养的有机肥料，农业利用是最经济 的处置方式，但是污泥中还含有重金属和病原微生物等有毒有害物质。在活性污泥法处理 污水过程中，污水中的重金属通过细菌和矿物质颗粒表面吸附、细菌吸收以及与一些无机 盐( 如磷酸盐、硫酸盐等) 共沉淀等多种途径，使污水中5 0 8 0 以上的重金属浓缩在产 出的污泥中 1 1 1 2 。浓缩在生活污泥中的重金属种类很多，主要有c u 、z n 、c r 、c d 、p b 、 n i 、h g 等，其含量通常高于土壤背景值的1 0 4 0 倍。 以各种化学状态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，从 而造成危害，比如水体中的重金属在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物 链浓缩，从而造成公害。不同城市污泥中的重金属种类大同小异，但是含量相差甚大 】。 重金属的溶解度一般比较小，在污泥中的性质较稳定，比较难以去除。有研究表明，污泥 长期大量使用会导致土壤及植物体内的c u 、z n 、p b 、c r 、c d 、n i 等重金属含量明显增加 1 4 1 ，而且土壤中有效态重金属的含量与重金属通过生物链进入植物体内的可能性成正比 1 5 1 1 6 。 生活污泥中的病原体主要来源于人类 1 7 】，有上千种之多，主要是细菌、真菌、寄生虫 和病毒四大类【s 1 9 。在污泥中经常能检测出沙门氏菌、粪大肠杆菌、蛔虫卵和绦虫卵等 2 0 1 1 2 1 1 。在污水净化处理过程中，污水中的细菌及大部分寄生生物在初级沉淀和二级沉淀中 沉积下来，并与污泥结合在一起，而病毒则吸附在污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀沉积在 杨文娟不同添加剂处理污泥农用资源化试验研究 污泥中。如果将污泥直接作为肥料施入土壤中，这些病原菌等有害微生物会被带入土壤中 从而传播病害【2 2 】，而病原体的种类不同，在城市污泥及其施肥的土壤中的存活时间也会不 同，有的仅仅存活数小时或数天，而有的甚至可存活数年之久 2 s 】。这些病原菌可通过各种 途径传播，人畜与城市污泥( 或加入过城市污泥的土壤) 直接接触，或者食用被污泥污染 的食物或饮用水均可能受到感染 z 训。 孙玉焕等【2 5 对我国长江三角洲地区1 5 个城市的困处理厂+ 的粪大肠菌群进行了测定， 结果显示不同污水处理厂污泥中粪大肠菌群的数量相差很大，其中最低数量为0 m p n ，最 高数量为3 4 1 1 0 6 m p n ，平均值为3 7 9 1 0 5 m p n 。苏州城西污水处理厂排出的污泥中大 肠杆菌达7 1 0 7 m p n ，蛔虫卵为每m l 液态污泥5 个活卵率达5 0 3 2 6 】。污泥经过厌氧消 化处理后，病原物有一定程度的降低，但是仍然不能将其完全活灭，因此还需进一步处理 【2 7 1 1 1 2 生活污泥的处理处置研究 针对生活污泥的特殊性质，如何正确处理处置生活污泥至关重要，如果得不到正确及 时的处理处置，污泥就会对环境产生污染与危害【28 1 。 1 1 2 1 国内外污泥常规处理处置方法 污水处理厂的污水处理工艺只能通过生物降解转化作用和固液分离，使污水得到净化 并将污染物富集到污泥中，而通常污泥是经过浓缩、消化、调节、脱水等处理工艺后再 进行处置。目前我国仅有2 5 左右的污水处理厂会将城市污泥经过浓缩、消化稳定和干化 脱水处理，而在大中城市的污水处理厂中，9 0 以上的污泥处理设备不配套，一些中小城 市基本没有污泥处理设施【2 9 。这也就意味着大多数污水厂污泥现只采用简单的浓缩、脱水 技术处理，大多未进行减量化、无害化和稳定化的处理。 大量的污泥若得刁i 到正确有效的处理处置，不仅会影响污水处理厂的正常运行，还会 造成严重的二次污染。传统污泥的处置方法主要有四种：倒海、焚烧、卫生填埋和农业利 用 3 0 。但这些方法在实际应用上都存在着一定的优点和限制。填埋曾被许多国家采用，但 这种方法费时、费工、占地，还有可能会污染地下水【， 。污泥倒海处置必会对海洋生态系 统造成危害，造成全球范围内的环境污染，因此被禁止。而焚烧投入的费用不但昂贵，产 生的烟尘等还容易污染大气造成二次污染，同时还浪费了污泥中大量有利于植物生长的 4扬州大学硕士学位论文 一一。一 氮、磷等营养物质。因此，污泥的农用是既经济且能充分利用养分资源的一种方法，但污 泥中含有有害成分，因此在农业利用之前必须进行必要的处理，如好氧与厌氧消化、堆肥 处理等 3 2 1 。 1 1 2 2 我国污泥处理处置现状 随着我国经济发展水平的不断提高，污水处理厂在逐年增多，污水处理率也在逐年提 高，因此每年都会产生大量的污泥。截至2 0 0 9 年1 0 月底，全国已有1 8 1 7 座城市污水处 理厂投入运营，总处理能力达9 9 5 8 万吨日【9 6 。根据估算，2 0 0 8 年，产污泥率按1 5 t - d s 万吨污水计，我国污泥年产量达5 3 2 万吨干重，折合含水率8 0 的湿污泥为2 6 6 2 万吨 3 3 】： 污泥问题在我国许多大城市已显得比较突出，也引起了一些研究者的注意。 我国污泥处置以填埋和农用为主，其中填埋约占3l ，污泥农用约占4 4 8 ，其他处 置方式约占1 0 5 ，没有经过处置的约占1 3 7 。由于早期没有严格的污泥排放监管，当 时的污水处理厂为了追求简单的污水处理率，普遍在将污水和污泥剥离开来后，尽可能简 化、甚至忽略了污泥的处理处置；有的甚至为了节省运行费用将已建好的污泥处理设施长 期闲置，将未经过任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多火城市出现了 污泥围城现象，并已经开始向中小城市蔓延，给生态环境造成了极不安全的隐患【3 4 。 资金投入的不足是制约我国污泥处理的重要因素。我国污泥处理处置的投资仅仅占污 水处理厂总投资的2 0 5 0 ，而经济发达国家在污泥处理处置方面的投资则是总投资的 5 0 7 0 ，几乎是我国的两倍以上【35 1 。针对我国的污泥问题，在加大立法工作力度，通过 立法加强污泥污染治理和管理的基础上，增加国家投入力度，使污泥治理走专业化、市场 化的发展道路。 1 1 3 生活污泥土地利用研究 污泥中含有大量的有利于植物生长的养分和有机质，是很好的土壤改良剂，因此污泥 土地利用已被公认为是既廉价又方便而且能充分利用污泥养分资源的一种污泥处置途径， 是今后污泥处置的主要发展方向。 1 1 3 1 污泥对土壤环境的影响 许多研究 3 6 】 3 7 】f 3 8 3 9 4 0 】 4 1 表明，污泥加入于土地后，土壤的容重减小，土壤固相容积逐 杨文娟不同添加剂处理污泥农用资源化试验研究 渐减少，而总团粒结构和水稳性团粒结构增加，液相和气相容积逐渐增加；同时还提高了 土壤含水量、田间持水量以及土壤孔隙度和毛管孑l 隙度。由此可见，加入污泥能够明显改 善土壤的各种理化性状，从而提高土壤保肥、保水及供肥、供水的能力。 另外，加入污泥还能带入氮、磷以及多种微量元素。张天红1 4 3 对加入污泥1 年后的土 壤的测定表明，在o 2 0 c m 土层中的全氮、速效氮、全磷、有机质及阳离子代换量的含量 均随污泥用量的增加而增大，方差分析结果表明，各处理养分含量的差异达到极显著水平。 周立祥等 4 2 研究表明，在土中加入一定量的污泥能明显提高其中的有机质含量和腐殖化程 度，而且效果好于一般的猪、羊粪有机肥。 1 1 3 2 污泥对植株生长的影响 由于生活污泥中含有大量植株生长所需的养分，直接加入于农田对作物会有良好的反 应。加入适量的污泥或者是污泥堆肥栽种水稻、玉米、小麦、棉花、蔬菜等作物，其生长 状况、产量和品质都明显提高，与加入化肥或农家肥料相当，甚至更好4 8 】。张天红等 4 4 1 、 周立祥等 26 1 、张增强等 4 5 1 4 6 、林春野等【4 7 1 都曾报道污泥对作物的生长具有明显的促进作用， 加入污泥能够普遍提高作物产量。孟昭福等【4 9 的研究结果表明，污泥的增产效果可以持续 到第八季作物，对果树、蔬菜、水稻等都有良好作用，尤其是叶菜类效果最佳。 还有一些研究结 5 0 1 5 i i 5 2 1 5 4 表明，加入污泥后可引起作物体内重金属含量上升，但是 当土壤中的重金属含量超过一定限度时，作物中重金属含量也将达到一定的限度而不再上 升，而且作物体内的重金属含量并没有超过规定的食品污染控制标准。另外，莫测辉等1 发现污泥对种子发芽有一定的促进作用，但却会抑制幼苗的生长，抑制物为有机酸和醛等。 1 1 4 生活污泥中污染物控制 1 1 4 1 病原微生物控制 环境中的病原微生物存活时间长短不一，从仅能存活几个小时到存活数月甚至数年。 病原体的存活时间主要与两方面有关，一是病原体本身，一是外界环境因素如温度、光照、 p h 等。控制污泥中病原微生物的常规技术主要有消化、堆肥、石灰稳定和污泥干燥等。 污泥消化是利用微生物在对有机物氧化过程中释放的热量来维持高温，从而使病原微 生物失活。p a m a r 等 7 2 研究表明，污泥在6 0 。c 的条件下停留3 h ，或者在温度为2 3 。c ，p h 扬州大学硕士学位论文 为1 2 的条件下停留4 8 h ，沙门菌不被检出。污泥堆肥主要是通过高温和微生物的拮抗作用 来达到使病原菌快速死亡的目的 7 0 】。n a s r 7 l 的研究表明，新鲜污泥在堆肥6 周后，粪大肠 杆菌、沙门菌完全去除，粪链球菌降低了6 3 5 ，不过堆肥会使烟曲霉等病原性真菌得到 生长，对操作人员有危害。石灰稳定法操作简单、经济实用，因此，大约2 0 的污水处理 厂采用这种方法。足量的石灰加入未处理的污泥中，会使p h 值上升至1 2 以上，同时利用 反应放出的热量使污泥温度上升至6 5 0 c ，高温再加上高p h ，使得污泥中的病原体数目大 大减少【， 。污泥干燥法主要是去除污泥中的吸附水、毛细水和内部水，如果配合采用间接 加热进行干燥，可使污泥达到美国e p a 的a 类标准 7 a 】。污泥经过堆肥、消化和石灰稳定 处理在回用土地时都存在病原微生物再发的可能 ，s 】。一1 些新方法如生物沥浸、蚯蚂i 堆肥、 剩线激发、微波处理的研究己取得了一定的进展，而且有的己应用于实践【7 6 。 1 1 4 2 重金属控制 在污泥土地利用时，其中含有的大量重金属可在作物中富集，如若用作食用作物的肥 料可进入食物链，会对人类健康造成威胁，为此许多政府颁布了土壤中重金属浓度标准、 农用污泥重金属浓度标准和严格的无害化要求，并且对单位土地面积的污泥应用量也有严 格的限制。污泥中的重金属控制途径主要有两种，一是从污泥中去除重金属：二是改变污 泥中重金属的存在形态，使其固定，降低其可移动性和可利用性。稳定重金属的方法主要 有污泥堆肥、加入钝化剂、化学滤取法、生物淋滤法。 污泥堆肥后，其中的重金属形态也有较大变化【5 6 【5 7 5 8 】【5 9 】 6 0 ，交换态和有机结合态重金 属的量总的来说有所增加，水浸态重金属的量减少，而残渣态的量，重金属不同，变化也 会不同，同时浸提剂不同，所提取的其他形态重金属的量的差别比较显著 6 1 。另外，污泥 经过堆肥后，重金属的植物可利用形态养分增加，生物有效性增加。 常用的污泥重金属钝化剂主要有石灰性物质、硅铝酸盐粘土矿物、磷酸肥料。石 灰性物质如石灰、粉煤灰等【6 2 对污泥中的p h 有较大影响，而重金属的最大特性就是易受 p h 影响，污泥中的p h 增高，会使重金属生成硅铝酸盐、碳酸盐、氢氧化物沉淀。粉煤灰 中含有丰富的氧化钙、氧化镁，p h 值能达到1 2 ，它和石灰一样能够钝化污泥中的重金属 并杀死病原菌【6 3 】 “l 。硅铝酸盐粘土矿物如斑脱土、膨润土、合成沸石等吸附能力大， 具有高阳离子交换量的合成沸石能降低重金属的生物可利用性 6 5 。将磷酸肥料作为污 泥中重金属的钝化剂，既能钝化污泥中的重金属，又可为土壤提供缓释磷肥 s 引。 化学滤取法是通过向污泥中投加化学药剂，提高污泥的氧化还原电位或降低p h ，使得 杨文娟不同添加剂处理污泥农用资源化试验研究 7 重金属由不可溶态转化为离子或络合离子态。化学滤取法是一种相对简单的重金属去除技 术，而且有很好的去除效果，m o b l y 等【6 7 】利用土柱实验研究e d t a 浸提剂，去除了土壤中 8 0 的z n 、n i 、c u 、c d 。但是，化学法投资大，操作困难，还需要大量的强酸和生石灰， 应用到实际时比较难。 自然界中的某些微生物可以将硫、重金属及其化合物直接或间接地在其新陈代谢中分 离出来，主要是氧化硫杆菌( t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ) 、氧化亚铁硫杆菌( t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s ) 等化学自养菌。污泥中的难溶金属硫化物在自养菌的作用下可被氧化为可溶 金属硫酸盐，从而得以去除。但由于氧化亚铁硫杆菌存活介质的酸度必须在p h 4 5 以下， 但在实际运行时，仍需要大量的强酸对污泥进行调整 6 8 1 1 6 9 。 1 2 粉煤灰概述 1 2 1 粉煤灰的组成 粉煤灰( f l ya s h ) 是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固 体废物。粉煤灰中的主要成分是s i 0 2 和a 1 2 0 3 ，属于硅铝酸盐【7 7 】，是粉煤灰活性的有利成 分。硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏( c a s 0 4 ) 的形式存在，它对粉煤灰早期强度的 发挥有一定作用，因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。粉煤灰缺乏有机质， 全氮含量极低 ，8 1 ，含有少量的镁、钛、钠、钾的化合物及其他微量元素 7 9 。粉煤灰中的 盐类物质主要是硅酸盐、氧化物、硫酸盐和硼酸盐。粉煤灰中的钙含量在3 左右，它 对胶凝体的形成是有利的。 从外观上看，粉煤灰是灰色或灰白色的粉状物，含碳量大的粉煤灰呈灰黑色，当含水 量较高时，呈一种无可塑性的膏状物，其颗粒多半呈玻璃状态，多孔结构，具有较大的内 表面积。粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体，主要由氧化硅玻璃球组成，根据颗粒 形状可分为球形颗粒与不规则颗粒，这就造成了粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性。由 于它的这种特性，粉煤灰在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比粘性土的渗透系 数大数百倍；在外荷载作用下具有一定的压缩性，同比粘性土其压缩变形要小的多。粉煤 灰的毛细现象十分强烈，其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。 扬州大学硕士学位论文 表1 1 典型粉煤灰的理化性质 t a b l e1 1t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t yo ft y p i c a lf l ya s h 物理性能 粒径u m 孔隙度 g 密n g c m 3堆积密度儋c m 3 比表面积m 2 g 1 1 0 0 p h 6 0 7 5 e c m s c m 2 0 2 4 可溶性盐 0 5 1 o 理论热值 k j k 立 0 2 5 o 5 表观热值 k j k g 4 5 1 2 8 0 6 3 5 50 1 6 3 3 5 5 0 8 0 03 0 0 5 0 0 粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤 灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会侵占大量土地，浪费资源，同时由于粉 煤灰干燥少水、颗粒细，容易产生扬尘，污染大气。粉煤灰直接堆置或者填埋，其中的有 害成分容易浸出而污染土壤。若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对 人体和生物造成危害。另外粉煤灰中含有的铀、钍等放射性元素会危害人体健康。 1 2 2 粉煤灰的应用研究 由于粉煤灰的特殊理化性质，在道路、建筑、水泥生产以及矿山填充等方面的应用较 为广泛 8 0 】。利用粉煤灰可制造分子筛、絮凝剂和吸附材料等环保材料；粉煤灰还可用于处理 含氟废水、电镀废水与含重金属例子废水和含油废水，粉煤灰中含有的a 1 2 0 3 、c a o 等活 性组分，能与氟生产配合物或生产对氟有絮凝作用的胶体离子，还含有沸石、莫来石、炭 粒和硅胶等，具有无机离子交换特性和吸附脱色作用。总之，粉煤灰的用途很多，但是因 为粉煤灰的大量使用，也给我们带来了无限的处理和利用问题，环境污染的加重让我们更 杨文娟不同添加剂处理污泥农用资源化试验研究9 加注意其使用，在使用时，我们也要注意解决其污染问题。 1 2 2 1 粉燥灰的农业应用 粉煤灰具有良好的物理化学性质，可作农业肥料和土壤改良剂。 在制作微肥方面，由于其含有多种植物可以利用的微量元素如c u 、b 、z n 、m o 、f e ， 可以将其加工成高效复合肥。目前，将粉煤灰磁化或磁化后制作复混肥用和粉煤灰制作多 元素复混肥受到越来越多生产厂家的关注 8 1 1 8 2 1 。磁性复合肥料在提高肥效的基础上，还能 增强作物的光合作用和呼吸功效，提高作物的抗旱抗灾性。我国有许多地方特别是菜地都 会加入石灰来补充钙和流失的盐基，但大量施钙使土壤的p h 值升高，这就需要再加入微 肥进行调节，如果用粉煤灰代替石灰，则不需要 8 3 1 。 在改良土壤方面，粉煤灰松散多孔，属热性砂质，细砂约占8 0 ，并含有大量可溶性 c a 、m g 、s i 、p 等农作物必需的营养元素，因此能够改善土壤结构、降低密度、增加孔 隙率、提高地温、缩小膨胀率 8 4 】。在重粘土、生土、酸性土和盐碱土中加入粉煤灰后，能 够改善其透水与透气性以及团粒结构，并具有中和土中的酸，抑制盐、碱的作用，弥补其 酸、瘦、板、粘的缺陷，从而利于微生物繁殖，加速有机物分解，提高土壤的有效养分含 量和保水保温能力，增强农作物的防腐抗旱能力。河南农科院土肥所和河南农业大学在砂 浆黑土上加入粉煤灰后，土壤的理化性状得到明显改善【眄】。另外，粉煤灰本身还含有多种 植物可利用的营养成分，加入到土壤中后，可提高果树产量 8 6 】，油料作物及各种蔬菜增产 效果显著，可达8 0 0 o - - 1 0 0 ，其次是粮食作物，增产可达3 0 - - 4 0 t 8 5 1 。 1 2 2 2 粉煤灰的污泥应用 在污泥资源化利用过程中，其中含有大量的重金属会对环境构成严重的威胁，因此在 其资源化利用前必须经过妥善的处理。p h 、质地、c e c 、有机质含量等很多因素都会影响 到污泥中重金属的生物有效性 87 1 ，其中p h 是影响重金属有效性的最重要的因素之一。粉 煤灰的p h 越高，加入到污泥中，对有机物质的腐殖化过程影响越大，由于其本身并不含 有机质，重金属的有机结合态含量有所下降；粉煤灰的加入有利于重金属离子与层状硅酸 盐和铁锰氧化物结合，即会增加铁锰氧化物结合态和残渣态含量。因此，粉煤灰加入污泥 中后，可使其中的重金属元素活性降低，而粉煤灰中的微量元素还是植物营养的组成部分 88 1 扬州大学硕士学位论文 另外，粉煤灰作为碱性稳定剂处理污泥还可以显著降低甚至消除其中的病原体含量 8 9 1c 9 0 1 ，从而是污泥成为一种土地利用资源。 张鸿龄等 9 研究表明，粉煤灰使用量越低，混合物的持水能力越强，但当配比达到2 ：1 时