CN103058485A

CN103058485A - 一种同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法

Info

Publication number: CN103058485A
Application number: CN2012105681486A
Authority: CN
Inventors: 吴启堂; 谢方文; 卫泽斌; 林晓燕
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法。该方法利用重金属的活性（水溶性、迁移能力）较低，而N、P、K养分的活性则明显较高的特点，将污泥网袋置于作物旁边的土壤上，污泥水分自然挥发而干化，污泥养分通过自然降水淋洗流入种植作物的土壤而被吸收，作物细根进入网袋吸收污泥的养分和水分；同时作物吸收水分，进一步协助干燥污泥，在收获作物的同时，回收干化的污泥，克服了现有污泥干燥和农用技术的缺点与不足。提供的同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法能耗低，明显减少了污泥重金属的释放，实现环保目标；该方法简单易行，容易推广，干化的污泥有利于污泥的后续处理。

Description

一种同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法

技术领域

本发明属于固体废物处理和利用技术领域，特别涉及一种同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法。

背景技术

随着我国城市经济的发展和人口的增加，污水厂每年排放干污泥约为550～600万吨，并呈显著增长趋势，处理处置不当可导致了严重的环境污染。随着污水处理设施的普及、处理量的提高和处理程度的深化加大了污泥的产生量，如何合理地处置城市污泥已成为非常紧迫的任务。城市污泥成分比较复杂，它含有丰富的N、P和有机质（优于猪、牛粪），是良好的有机肥源，将污泥合理利用在农业上，对减少化肥污染、保持地力和实现持续发展有重要作用，也是主要发达国家（美国、德国、法国、英国）处理城市污泥的主要出路。但是，污泥含有80wt%左右的水分，不利于运输和保存；同时污泥也含有一些有害成分，如铜、锌、镉、铅、铬、砷、汞等重金属，可污染农田土壤。特别是我国在2011年12月实施新的有机肥标准（NY525-2011），对重金属的限定更加严格，使污泥堆肥后作为有机肥农用受到很大的限制。如何因地制宜、结合污泥的成分特性而实现污泥的低成本干燥，减少污泥农用重金属污染土壤，同时使污泥养分合理安全农用，成为人们关注的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法，具体包括以下步骤：

（1）将孔径为0.2～2mm的包装材料剪成0.25～1.00平方米正方形的包装材料片；

（2）用步骤（1）的包装材料片包住2～20公斤污泥，用绳子绑住，得到污泥网袋；

（3）将步骤（2）的污泥网袋置于作物旁边的土壤上，污泥水分自然挥发而干化，污泥养分通过自然降水淋洗流入种植作物的土壤而被吸收，作物细根进入网袋吸收污泥的养分和水分；

（4）收获作物，回收干化的污泥；

步骤（1）中所述的包装材料为尼龙或塑料网；

步骤（2）中所述的污泥优选为新鲜城镇污水处理厂污泥；

步骤（3）中所述的作物优选为果树、玉米或甘蔗；

步骤（4）中所述的干化的污泥可用于林业或安全填埋；

本发明的发明机理：本发明利用重金属的活性（水溶性、迁移能力）较低，而N、P、K养分的活性则明显较高的特点，将污泥网袋置于作物旁边的土壤上，污泥水分自然挥发而干化，污泥养分通过自然降水淋洗流入种植作物的土壤而被吸收，作物细根进入网袋吸收污泥的养分和水分；同时作物吸收水分，进一步协助干燥污泥，在收获作物的同时，回收干化的污泥。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明利用重金属的活性（水溶性、迁移能力）较低，而N、P、K养分的活性则明显较高的特点，将污泥网袋置于作物旁边的土壤上，污泥水分自然挥发而干化，污泥养分通过自然降水淋洗流入种植作物的土壤而被吸收，作物细根进入网袋吸收污泥的养分和水分；同时作物吸收水分，进一步协助干燥污泥，在收获作物的同时，回收干化的污泥，克服了现有污泥干燥和农用技术的缺点与不足。

（2）本发明提供的同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法能耗低，明显减少了污泥重金属的释放，实现环保目标；该方法简单易行，容易推广，干化的污泥有利于污泥的后续处理。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

在某农业大学生态实验基地农田，设置3种不同施肥方式进行种植香蕉：直接施污泥、污泥网袋、直接施化肥，同时设置不施肥的对照，进行田间试验；具体试验设置为：

A、直接施污泥：直接把污泥施在土壤上；

B、污泥网袋：（1）将孔径为2mm的尼龙剪成1平方米的正方形的尼龙片；

（2）用步骤（1）的尼龙片包住12.5公斤污泥，用绳子绑住，得到污泥网袋；

（3）将步骤（2）的污泥网袋置于香蕉旁边的土壤上，污泥水分自然挥发而干化，污泥养分通过自然降水淋洗流入香蕉的土壤而被吸收，作物细根也能进入网袋吸收污泥的养分和水分；

（4）收获香蕉，回收（在持续晴天1周以上的时间）放置了6个月的干化的污泥（6个月以下的让它留下继续释放养分）；

C、直接施化肥：直接把化肥施在土壤上；

D、对照：不施污泥和化肥；

每种方式设置4个重复，每个重复占地约1平方米，随机区组排列；每个重复种植一棵香蕉，化肥施肥量参照樊小林编写的《香蕉营养与施肥》（中国农业出版社，2007，P262），在此基础上结合污泥养分含量确定污泥施用量，每株香蕉累积施肥量见表1；

表1每株香蕉累积施肥量

成熟期收获每棵香蕉果实称重，取倒数第五片叶片，同时取1米高处假茎，分别用自来水和去离子水洗净，吸水纸吸干表面水，测定鲜重，将样品置于烘箱内105℃杀青30min，然后65℃，48h烘干，记录干重，得到干样；干样用粉碎机粉碎，过0.25mm的尼龙网筛后分别测定氮、磷、钾和重金属的含量；植物氮、磷、钾采用H₂SO₄-H₂O₂消煮法（测定方法参照《土壤农业化学分析法》（鲁如坤，2000，中国农业科技出版社：257-282），重金属（Cu、Zn、Pb、Cd）含量测定采用干灰化-原子吸收光谱法，Cu、Zn、Pb、Cd的含量测定分别参考GB/T5009.12-1996、GB/T5009.13-1996、GB/T5009.14-1996、GB/T5009.15-1996。

植物收获时用竹制取土器取污泥和土壤样品，每小区取5个点组成一个混合样品，在室内风干，并粗磨过20目尼龙筛，然后用玛瑙粉碎机研磨，过100目尼龙筛后测定理化指标（具体测定参照《土壤农业化学分析法》（鲁如坤，2000））；

结果表明（表2），通过两季施肥，土壤中重金属含量符合国家土壤环境质量标准（GB15618-1995）二级标准，锌含量在施肥后有升高，其它重金属上升不明显。

表2不同施肥方式土壤中全量锌、铅、镉含量（mg·kg^-1）

（表中数据为平均值±标准误，带有相同字母的同列平均值间无显著差异。下同。）

第一季果实重金属含量，由于香蕉较少，未做重复测定，化肥处理的铅含量没有达到食品卫生标准（表3），其余达到了食品卫生标准；第二季果实重金属含量，各处理均达到了食品卫生标准；

表3香蕉果实铜、锌、铅、镉含量（mg·kg^-1）

从表4可知，使用网袋使得污泥中进入土壤的重金属在数量上明显减少，减少了64%～86%的污泥重金属进入土壤，大大减少了污泥重金属污染土壤的风险。而与直接施用污泥比较，香蕉生长和产量没有受到明显影响（表5）。

表4污泥不同施用方式进入土壤中重金属的量（g/小区）

（注：括号内数字为各处理污泥中重金属进入土壤的减少百分率）

表5香蕉基径围和产量

经过近一年的自然干燥处理，污泥减量明显，含水率从初始的80%降至20～30%，体积明显减少，污泥鲜重和干重也大幅下降，重量降幅达80%（表6）。

表6污泥减量化水平（%）

实施例2

在某农业大学农场旱坡地，设置4种不同施肥方式来种植台湾青枣：直接施污泥、污泥网袋、直接施化肥、直接施有机肥，同时设置不施肥的对照，进行田间试验，具体试验设置为：

A、直接施污泥：直接把污泥施在土壤上，每年6次（间隔2约个月），每次2kg/株（含水80%的新鲜污泥）；

B、污泥网袋：（1）将孔径为1mm的塑料多孔网剪成0.5×0.5m²的正方形的塑料多孔网片；

（2）用步骤（1）的塑料多孔网片包住2公斤新鲜污泥，用绳子绑住，得到污泥网袋；

（3）将步骤（2）的污泥网袋置于青枣旁边的土壤上，每年6次（间隔约2个月），污泥水分自然挥发而干化，污泥养分通过自然降水淋洗流入香蕉的土壤而被吸收，作物细根也能进入网袋吸收污泥的养分和水分；

（4）收获青枣，回收（在持续晴天1周以上的时间）放置了6个月的干化的污泥（6个月以下的让它留下继续释放养分）；

C、直接施化肥：直接把化肥施在土壤上，每年6次（间隔约2个月），每次50g/株复合肥；

D、直接施有机肥：施用与污泥等氮量的鸡粪，每年6次（间隔约2个月），每次500g/株（含水14.2%）；

E、对照：不施污泥、有机肥或化肥；

每种方式设置3个重复，每个重复占地约12平方米，随机区组排列，每个重复种植一棵台湾青枣，第二、第三年收获青枣果实，并采集0-20cm表层土壤样品，按实施例1的方法处理和分析植物和土壤样品；

试验结果表明：

（1）台湾青枣的产量顺序为：有机肥处理、污泥网袋、污泥直接施用、化肥处理、不施肥处理（表7）。表明通过施肥器间接施用污泥在作物生产量上不差于污泥直接施用。

表7不同处理的台湾青枣产量(g/株FW)

注：表中数据为平均值±标准偏差；同列数据间具有相同字母表示无显著性差异（p=0.05；n=3)

（2）直接施用污泥显著提高台湾青枣的Zn含量和地二季Cu含量，采用污泥网袋间接利用污泥其台湾青枣果实Zn、Cu、Cd含量与施化肥或鸡粪有机肥相当（表8）；

表8不同处理不同时期的台湾青枣果实鲜果重金属含量（mg．kg^-1FW）

注：表中数据为平均值±标准偏差；同季同列数据间具有相同字母表示无显著性差异（p=0.05；n=3)

（3）直接施用污泥2年种植青枣后土壤Zn含量低于我国土壤环境质量标准(GB1518-1995)中农业土壤标准，Cd升高但也不超标，而土壤Cu含量超过农业土壤标准（表9），采用污泥网袋间接施用污泥可以解决土壤Cu污染问题；

（4）回收的污泥重量降为原来的一半左右，含水率由80%降为55～60%；

结论：本发明提供的技术方案能够有效实现城市污泥的自然干化和污泥中的养分被作物利用，同时明显减少污泥中的重金属进入土壤，对环境保护和废物资源利用具有十分积极的意义。

表9不同时期不同处理表层土壤重金属含量（mg·kg^-1）

注：表中数据为平均值±标准偏差；同一试验组上同列数据具有相同小写字母表示无显著差异（p=0.05；n=3)；同一处理同行数据具有相同大写字母表示无显著差异（p=0.05；n=3)

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法，其特征在于包括以下步骤：

（4）收获作物，回收干化的污泥。

2.根据权利要求1所述的同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的包装材料为尼龙或塑料网。

3.根据权利要求1所述的同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的污泥为新鲜城镇污水处理厂污泥。

4.根据权利要求1所述的同步实现城市污泥自然干化和养分利用的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的作物为果树、玉米或甘蔗。