2 特种植物处理系统
早期的一种污泥植物处理系统可以追溯到1960年代的德国:芦苇床系统(reeds bed system)[16]。该系统在未建立现代污水处理厂的污泥浓缩池和机械脱水之前使用,起到浓缩和稳定液体污泥的双重作用,包括减少污泥的臭味[17-18]。该方法在1980年代以后基本被淘汰。
上个世纪最后几年利用植物的超常规耐性对污染土壤和废水进行处理成为国内外环境科学研究的热点和前沿领域[19]。部分植物可在高浓度重金属条件下正常生长发育,并在体内累积大量的重金属,最高的可达植物体干质量的10000 mg/kg以上(一般植物为几十mg/kg以下),称为超累积植物(hyperaccumulator)[20],近年来得到广泛重视[21-22]。但应用于污泥处理的报道甚少。
本课题组将重金属超累积植物用于处理Zn等重金属较高的污泥,并和经过筛选的、低累积重金属的玉米品种组合在一起,套种在城市污泥之上,富积在超累积植物体内的重金属灰化后可回收金属,同时低累积玉米品种可生产出合格的饲料或食品,在植物种植期间使污泥脱毒(去除重金属)、干化和稳定化,从而同步实现重金属污染污泥的无害化、减量化和资源化,实现城市污泥的农业综合利用[23-25](图1)。
最近,我们又发现和利用K高累积植物的山芋,与Cd/Zn超富集植物东南景天进行套种,东南景天中Zn的浓度可高达15000 mg/kg,山芋茎的K浓度也高达78 g/kg,两者分别比单独种植时提高52%和47%;与此同时,城市污泥中的Zn浓度和水分含量明显降低,植物毒性(用发芽指数表示)和大肠杆菌也大幅度下降,使其达到城市污泥无害化的要求[26-27]。因此,东南景天与山芋套种实现了有益养分元素K和有害重金属Cd/Zn的植物分离。研究结果对于如何分离城市污泥等废弃物中的重金属和有益元素提供了一种新的绿色技术,对解决我国城市污泥无害化处理处置问题和钾肥资源短缺问题提供一种新的启示。
由于植物处理方法对环境友好,不需重要投资,处理后的污泥仍含有丰富的N、P、K和有机质(优于猪、牛粪)[28],是良好的有机肥源,利用在农业上,对减少化肥污染、保持地力、实现可持续发展有重要作用。目前的研究结果还表明,城市污泥植物处理系统对地表水和地下水的影响不大[28],对水体有少量的N、P污染,如果需要,可以通过较简单的生态处理措施加以解决[29]。
在经济上,特种植物处理系统每公顷土地每年可处理2400~3200 m3污泥,以广州垃圾填埋场每吨垃圾收费30元计(该收费不包括垃圾场建设投资),收益为72000~96000元,明显超过一般农地租地费用(每公顷为10000~30000元),而且处理产生的植物和污泥产品的收益可以抵消人工等运行成本,因而是经济可行的。
3 污泥中转处理场构想
污泥植物处理中转场,不像垃圾填埋场会填满、用完后长期占地和需要长期维护,而是不断周转。
污泥中转处理场的选址和建设与普通垃圾填埋场有相似之处,应尽量避开居民区,但可比标准的垃圾卫生填埋场简单一些,不需要很好的防渗系统,也不需要覆土。污泥中转处理场储存的污泥可通过种植特种植物加以覆盖和绿化,对周遍地区的影响比普通垃圾填埋场小。因此,建设方案和具体设计可参考垃圾卫生填埋场的部分有关参数[30]。但是,初期的单位处理量所需的面积要大一些,用于植物处理系统,然而,这些面积都可以循环利用。
污泥中转处理场将污泥的植物处理系统、好氧堆肥、低成本太阳能干燥[31] 、有机肥和复合肥生产[32]、建材制造[33]等多项技术集成,用多种方法同时处理利用城市污泥,并根据不同城市、不同时期的市场需要生产不同种类的肥料、花卉基质、建材等,实现产品多元化,有利于大量销售污泥产品。当某些产品滞销时,压缩生产规模,而中转处理场也有较大的场地来储存污泥及其产品。
污泥植物处理系统、污泥中转处理场是新的技术与设想,难免有些方面不够成熟,需要解决以下主要问题:
(1)生产规模下植物处理系统的最佳工艺参数;
(2)生产规模下城市污泥植物处理过程对地表水和地下水的影响及其防治技术验证;
(3)适合不同地区的城市污泥中转处理场的面积大小、水文地质条件、环境保护措施等具体设计参数;
(4)根据不同城市对不同污泥产品的需求量及其季节变化,调整产品结构和市场销售策略。
4 小结
随着我国城市生活污水处理的不断发展,城市污泥的妥善处置已成为当务之急。传统的非资源化的处理处置方法,如填埋和焚烧,在我国应用存在不少问题,农林业资源化利用应当是我国的主要出路,也切合目前资源短缺的国情。植物处理系统能够实现城市污泥的无害化和资源化,处理过程能生产农产品,实现低成本综合利用。以植物处理系统为主体建设城市污泥处理中转场,可望较好解决广州等中心城市的污泥处理处置问题。
参考文献:略
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