CN111348961A - 一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，涉及污泥处理领域，包括以下步骤：1)将城市污泥和城市建筑垃圾混合搅拌得到污泥垃圾混合物；2)将步骤1)中的污泥垃圾混合物平摊在温室大棚内，在污泥垃圾混合物的表面喷入EM菌种调理剂，一定时间后，对污泥垃圾混合物进行翻堆，干燥到一定含水率时进行堆垛；3)在堆垛上面平摊红土壤，并播种玉米种子，在种植期间内进行土壤监测，增幅后将种植物粉碎并连同污泥垃圾混合物、红土壤混合搅拌，即可达到园林绿化用土及裸露山体修复的用土需要。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，尤其涉及一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法。
背景技术
随着我国城镇污水处理率的提高，城镇污水厂污泥产量也急剧增加。目前全国城镇污水处理厂只有小部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等，而一部分未进行规范化的处理处置污泥中富含有机质等营养成分，又含有一定量的重金属、病毒、病原体、寄生虫卵等有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，使得污水处理设施的环境效益大大降低。
从目前国际上已建成运行的污泥处理处置项目来看，常见的污泥处理方式有好氧发酵(堆肥)、厌氧消化、干化、焚烧等。污泥处置方式有土地利用、填埋、综合利用。由于国情不同，各国采用的处理方式和技术也各不相同，传统方法处理城市生活污水处理厂的污泥，由于处理费用及工艺的局限性，容易造成二次污染、成本高，对大量城市生活污泥中的重金属难以有效处理。近年来，出现了一些新兴技术，如污泥的等离子体处理技术正逐渐应用于城市有机废弃物的处理、超声波污泥处理技术等等，都对污泥处理产生一定影响，在保证污泥无害化的前提下，实现污泥的最大程度利用已经成为了国际污泥处理处置领域发展的趋势。
上世纪80年代初期迅速发展起来的人工草地植物修复技术，具有生态、绿色、高效、不产生二次污染、成本低廉等优点。利用植物及其微生物与环境的相互作用，对环境污染物质进行清除、分解、吸收、吸附，修复重金属、有机物污染的土壤。根据植物特点，对已经过物理、化学和微生物处理的污泥再行净化，既达污泥再利用标准(土地利用、建材利用等)，又有利于CO2减排并向大气供O2等。人工草地***被公认为是一种低投资、易维护、简单、有效的污泥处理方法，并且不存在二次污染的问题，可以用来处理家庭生活、工业及农业产生的污泥。
中国专利CN201010187649.0公开一种污水厂的污泥无害化处理的方法，其步骤处理：①将污泥在经水泥硬化的地面上堆置成条垛堆；②将调理剂均匀撒至所述条垛堆上，其中污泥与调理剂的重量份数比为600～800∶400～200；③配制营养剂，所述营养剂的成分及重量份数为：淀粉5～8，糖0.5～1，体积含量为40％的乙醇0.5～1；④将所述营养剂与复合微生物菌剂按照重量份数比1～2∶1～2混合均匀；⑤将步骤④中所述营养剂与复合微生物菌剂的混合物直接撒到条垛堆上，其中所述污泥与混合物的重量份数比为600～800∶1～2；⑥用翻堆机对条垛堆进行翻堆搅拌，10～15天后，处理完毕。
在对污泥处理处置的诸多方法中，堆肥处理是投资和运行成本低、能达到资源化利用的一种好方法。但由于堆肥处理占用土地大、处理时间长、处理设备适用性不高、对污泥处理率低等诸多不足，因此长期以来对污泥的堆肥处理始终不能进入工业化处理阶段。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，可无害化处理城市污泥。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，包括以下步骤：
1)将城市污泥和城市建筑垃圾混合搅拌得到污泥垃圾混合物；
2)将步骤1)中的污泥垃圾混合物平摊在温室大棚内，在污泥垃圾混合物的表面喷入EM菌种调理剂，一定时间后，对污泥垃圾混合物进行翻堆，干燥到一定含水率时进行堆垛；
3)在堆垛上面平摊红土壤，并播种玉米种子，在种植期间内进行土壤监测，增幅后将种植物粉碎并连同污泥垃圾混合物、红土壤混合搅拌。
所述城市污泥的含水率为50％～80％，其中，泥饼的含水率为50％～60％，湿污泥的含水率为70％～80％。
所述城市建筑垃圾的含水率为20％～30％，城市建筑垃圾为粉碎的城市建筑垃圾，粉碎的城市建筑垃圾尺寸为100～200目。
所述城市污泥和城市建筑垃圾的重量比为1:(1～2)。
在步骤2)中，污泥垃圾混合物的平摊厚度为30～35cm。
在步骤2)中，所述EM菌种调理剂与污泥垃圾混合物的重量比为1:(5000～15000)。
所述EM菌种调理剂包括EM菌种和红糖，所述EM菌种和红糖的重量配比为1:(2～3)，将配制好的EM菌种调理剂分2～3次喷到污泥垃圾混合物的表面，每次的间隔时间为8～12h；当EM菌种调理剂全部喷入完毕后，经过10～12h，再对污泥垃圾混合物进行翻堆。
在步骤2)中干燥到含水率为35％～45％时进行堆垛，堆垛的高度为0.5～1.5m；在步骤3)中，平摊红土壤的高度为5～8cm。
在步骤3)中，所述玉米种子为甜玉米种子，每亩用玉米种子1～1.5公斤，种子种埋深度25～30cm，行距70～7cm，株距30～35cm，密度3000～4000株；春播80～85天，夏播65～70天，秋播80～85天，冬播90～95天。
在步骤3)中，土壤监测参数包括土壤蔗糖酶、土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶、土壤过氧化氢酶；所述增幅为10％～25％。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
1、本发明采用城市污泥及城市建筑垃圾混合生产一类土，应用范围广，不仅能够长期、有效、快速转化成多用途的园林绿化用土，可以让城市污水厂污泥充分得到快速的解决，其玉米叶杆可做碳源起保水保湿用途。
2、本发明是在传统堆肥的基础上发展起来的，是从对污水厂污泥进行工业化处理的需要出发，围绕微生物菌接种、含水率调理、机械设备翻堆、植物分解四个主要环节，经过多次的试验论证，实现了对污泥堆肥处理的工厂化作业。实验结果表明，采用该技术处理污泥，完全能够达到无害化、稳定化、减量化的要求，从而实现绿色、循环、低碳的目标。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合实施例，对本发明做进一步详细说明。
一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，包括以下步骤：
1)将重量比为1:2的城市污泥和城市建筑垃圾混合搅拌得到污泥垃圾混合物；所述城市污泥的含水率为50％～80％；
其中，泥饼的含水率为50％～60％，湿污泥的含水率为70％～80％；所述城市建筑垃圾的含水率为20％～30％，城市建筑垃圾为粉碎的城市建筑垃圾，粉碎的城市建筑垃圾尺寸为100～200目；
2)将步骤1)中的污泥垃圾混合物平摊在温室大棚内，平摊厚度为30～35cm，在污泥垃圾混合物的表面喷入EM菌种调理剂，12h后，每天1～2次对污泥垃圾混合物进行翻堆，其产生的废气经管道收集后统一处理，此时城市污泥在温室内和城市建筑垃圾己充分混合，干燥到35％～45％的含水率时进行堆垛，堆垛的高度为0.5～1.5m；
3)在堆垛上面平摊高度为5～8cm的红土壤，并播种甜玉米种子，每亩用玉米种子1～1.5公斤，种子种埋深度25～30cm，行距70～7cm，株距30～35cm，密度3000～4000株；春播80～85天，夏播65～70天，秋播80～85天，冬播90～95天；
在种植期间内进行土壤监测，土壤监测参数包括土壤蔗糖酶、土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶、土壤过氧化氢酶；增幅10％～25％后将种植物粉碎并连同污泥垃圾混合物、红土壤混合搅拌，即可得到本发明的一类土壤，该一类土壤可达到园林绿化用土及裸露山体修复的用土需要，其中，甜玉米杆叶可起保水保湿作用。
在步骤2)中，所述EM菌种调理剂与污泥垃圾混合物的重量比为1:(5000～15000)；所述EM菌种调理剂包括EM菌种和红糖，所述EM菌种和红糖的重量配比为1:2，配比完成经24小时后，将配制好的EM菌种调理剂分2次喷到污泥垃圾混合物的表面，每次的间隔时间为12h。
以下对南方某城市污泥及城市建筑垃圾的基本理化性质进行检测，参见表1。
表1 单位：mg/kg
| 100～200目的建筑垃圾 | 城市污泥 | |
| pH | 5.6 | 6.9 |
| 有机质 | 1.68％ | 30.81％ |
| 总氮(N) | 13 | 17600 |
| 总磷(P) | 34 | 11600 |
| 总钾(K) | 3 | 1310 |
| 总铜(Cu) | 1.69 | 81.2 |
| 总铅(Pb) | 17.8 | 20.4 |
| 总锌(Zn) | 13.8 | 468 |
| 总铬(Cr) | 7.2 | 52.2 |
| 总镉(Cd) | 0.07 | 3.12 |
| 总镍(Ni) | 3.2 | 31.1 |
| 总砷(As) | 2.058 | 6.7 |
| 总汞(Hg) | 0.046 | 0.263 |
执行步骤1)和步骤2)，配制城市污泥和城市建筑垃圾的重量比不同的土壤，并进行编号为A1、A2、A3、A4、A5，参见表2。
表2
| A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | |
| 城市污泥 | 0％ | 11％ | 20％ | 27％ | 33％ |
| 城市建筑垃圾 | 100％ | 89％ | 80％ | 73％ | 67％ |
对A1～A5进行土壤物理性质和pH的检测，见表3。
表3
| pH | 有机质 | 有机质增加 | 氮(mg/kg) | 磷(mg/kg) | 钾(mg/kg) | |
| 城市污泥 | 11.1 | 30.81％ | --- | 17600 | 11600 | 1310 |
| A1 | 7.9 | 18.68％ | 0％ | 13300 | 3440 | 3380 |
| A2 | 8.1 | 19.39％ | 0.71％ | 8500 | 3120 | 3750 |
| A3 | 8.2 | 19.62％ | 0.94％ | 7150 | 4280 | 3180 |
| A4 | 8.3 | 20.23％ | 1.55％ | 9010 | 4660 | 3110 |
| A5 | 8.3 | 20.75％ | 2.07％ | 8770 | 5930 | 3110 |
执行步骤3)，对A1～A5进行甜玉米种植前后的土壤重金属含量检测，结果见表4。
表4单位：mg/kg
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | Ni | As | Hg | pH | |
| 城市污泥 | 81.2 | 20.4 | 468 | 52.2 | 3.12 | 31.1 | 6.7 | 0.263 | 11.1 |
| A1 | 38.9 | 26.8 | 118 | 47.2 | 2.22 | 32.5 | 0.658 | 0.046 | 7.9 |
| A1-2 | 40.2 | 30.2 | 109 | 44.1 | 2.21 | 32.3 | 0.716 | 0.269 | 8.1 |
| A1前后变化 | +1.3 | +3.4 | -9.0 | -3.1 | -0.01 | -0.2 | +0.058 | +0.223 | +0.2 |
| A2 | 41.8 | 27.9 | 160 | 47.5 | 2.20 | 32.7 | 0.706 | 0.328 | 8.1 |
| A2-2 | 37.6 | 28.3 | 119 | 42.2 | 2.16 | 31.3 | 0.901 | 0.271 | 8.0 |
| A2前后变化 | -4.2 | +0.4 | -41 | -5.3 | -0.04 | -1.4 | +0.195 | -0.057 | -0.1 |
| A3 | 44.7 | 29.2 | 153 | 46.2 | 2.32 | 31.9 | 0.767 | 0.712 | 8.2 |
| A3-2 | 40.9 | 29.6 | 129 | 47.1 | 2.42 | 33.7 | 0.895 | 0.466 | 8.0 |
| A3前后变化 | -3.8 | +0.4 | -24 | +0.9 | +0.1 | +1.8 | +0.128 | -0.246 | -0.2 |
| A4 | 46.1 | 28.6 | 191 | 45.7 | 2.29 | 30.4 | 1.01 | 0.485 | 8.3 |
| A4-2 | 39.3 | 27.4 | 139 | 43.8 | 2.20 | 29.6 | 0.838 | 0.389 | 8.0 |
| A4前后变化 | -6.8 | -1.2 | -52 | -1.9 | -0.09 | -0.8 | -0.172 | -0.096 | -0.3 |
| A5 | 49.8 | 28.6 | 224 | 47.4 | 2.41 | 30.9 | 0.880 | 1.28 | 8.3 |
| A5-2 | 40.5 | 29.9 | 146 | 43.2 | 2.24 | 29.9 | 1.00 | 0.502 | 8.0 |
| A5前后变化 | -9.3 | +1.3 | -78 | -4.2 | -0.17 | -1.0 | +0.12 | +0.778 | -0.3 |
注：A1-2、A2-2、A3-2、A4-2、A5-2分别代表A1、A2、A3、A4、A5植物种植后的土样指标。“-”表示下降，“+”表示上升。
在堆垛前检测含水率为35％～45％，城市污泥施入到土壤中能够改善土壤的理化性质，增加土壤的孔隙度并改善孔隙的大小比例，减少土壤地面冲刷和田间径流引起的植物养分损失，增加土壤的持水能力，提高土壤水分含量，防止土壤表面板结，能改良土壤结构，提高土壤团聚体的稳定性和保水保肥能力。
从表3中可以看出，随着污泥施用量的增加，土壤pH值略有递增，A2、A3、A4、A5比A1分别上升了0.2、0.3、0.4、0.4；当施用量为27％、33％时，土壤的pH上升很小，这与城市污泥有机肥在分解过程中产生有机酸，城市污泥用量越大，生成有机酸越多有关。虽然检测结果氮、磷、钾没有呈现一定的规律，但从表可知，氮、磷、钾含量都很高，这对植物的生长极为有利。因此，从有机质和养分含量上来评价，城市污泥是一种适合植物生长的基质。
从表4得知，不同比例的土壤在3个月甜玉米种植后对重金属进行检测，Cu、Pb、Cr、Cd、Ni基本呈下降趋势。其中Zn下降比较明显，《按土壤环境质量标准》(GB15618-1995)I级标准一为保护区域自然生态维持自然背景的环境质为标准，下降9％～87％不等，这主要是玉米根糸将重金属富集固化。只有As略显上升，增加0.058～0.195mg/L。因此，城市污泥(不含工业污泥)的重金属评价低于国家(农用污泥污染物控制标)的控制指标。
执行步骤3)，对A1～A5进行甜玉米种子栽后不同时间对土壤蔗糖酶活性和土壤脲酶活性的检测，参见表5～6。
表5 单位：mg/g
表6 单位：mg/g
土壤庶糖酶其最适pH值4.4～4.5，pH高或过低的环境中，酶活性会不可逆地失活。因此，本次测出的土壤庶糖酶活性相对低。土壤庶糖酶比其他酶类更能明显地反映土壤的肥力水平、生物学活性强度以及各种技术措施对于土壤熟化的影响，因而是目前研究最多的土壤酶类之一，土壤庶糖酶活性与土壤的有机质含量有关，并参与土壤有机碳循环。
土壤的庶糖酶活性与土壤的有机质含量有关，有季节性的变化。A1(对照)、A2、A3、A4、A5有机质含量逐步上升，且同一时间土壤庶糖酶的活性也呈上升趋势，其土壤庶糖酶的活性顺序为A5>A4>A3>A2>A1。
土壤脲酶是一种专性酶，主要分解有机氮转化过程中形成的脲素，使其转化成矿物态的NH3使植物所需的养分转化为有效态，从而被树木吸收,利用对提高氮素的利用率和促进土壤氮素循环具有重要的意义。
土壤有机质、速效磷和速效钾与脲酶活性的相关系数都达到显著水平，pH对脲酶活性的直接作用和间接作用都很小。不同时期不同施用量的污泥体现了一致的变化规律，即随着污泥施用量的增加，脲酶活性也相应的得到了增强。
执行步骤3)，对A1～A5进行甜玉米种子栽后不同时间对土壤碱性磷酸酶活性和土壤过氧化氢酶活性的检测，参见表7～8。
表7 单位：mg/g
表8 单位：mg/g
土壤碱性磷酸酶活性依赖于土壤有效磷含量，土壤有效磷越高，则碱性磷酸酶活性也应相应提高，它不仅受土壤有机质、阳离子交换量、土壤速效磷影响，还受土壤容重、土壤砂粒含量的影响。城市污泥对土壤碱性磷酸酶活性的影响显著，城市污泥的施入刺激了土壤碱性磷酸酶活性的增强，并且随着施入量的增加，酶活性呈递增趋势。
土壤过氧化氢酶能够促进过氧化氧对各种化合物的氧化。几乎在所有的生物体内都有过氧化氧酶，在某些细菌里，其数量约为细胞干重的1％。土壤的过氧化氧酶活性，与土壤呼吸强度和土壤微生物的活动有关，在一定程度上反映了土壤微生物学过程的强度。过氧化氢酶的最适值在中性范围内(6.3～7.2)，其活性与土壤有机质的含量有关,城市污泥对土壤中过氧化氢酶有积极的促进作用。
从以上分析结果表明，本发明可解决大部分城市污泥进行土地利用的问题。城市建筑垃圾添加城市污泥后，土壤的养分含量得以增加，植物生长状况改善。由于将城市污泥用于市政园林绿化，污泥的有害物质并不进入食物链，因此可有效规避城市污泥对人类造成影响的风险。
对城市污泥及城市建筑垃圾混合生产一类土，应用范围广，不仅能够长期、有效、高较地熟化生活污水处理厂的污泥。分解污泥中富含的胶团(例如氮和磷)、并且在植物作用下有机污染物(如PAHs、POPs)以及重金属消减固化，收割的甜玉米枝杆粉碎后可做一类土碳源及保水材料应用。
Claims (10)
1.一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将城市污泥和城市建筑垃圾混合搅拌得到污泥垃圾混合物；
2)将步骤1)中的污泥垃圾混合物平摊在温室大棚内，在污泥垃圾混合物的表面喷入EM菌种调理剂，一定时间后，对污泥垃圾混合物进行翻堆，干燥到一定含水率时进行堆垛；
3)在堆垛上面平摊红土壤，并播种玉米种子，在种植期间内进行土壤监测，增幅后将种植物粉碎并连同污泥垃圾混合物、红土壤混合搅拌。
2.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：所述城市污泥的含水率为50％～80％，其中，泥饼的含水率为50％～60％，湿污泥的含水率为70％～80％。
3.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：所述城市建筑垃圾的含水率为20％～30％，城市建筑垃圾为粉碎的城市建筑垃圾，粉碎的城市建筑垃圾尺寸为100～200目。
4.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：所述城市污泥和城市建筑垃圾的重量比为1:(1～2)。
5.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：步骤2)中，污泥垃圾混合物的平摊厚度为30～35cm。
6.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：步骤2)中，所述EM菌种调理剂与污泥垃圾混合物的重量比为1:(5000～15000)。
7.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：所述EM菌种调理剂包括EM菌种和红糖，所述EM菌种和红糖的重量配比为1:(2～3)，将配制好的EM菌种调理剂分2～3次喷到污泥垃圾混合物的表面，每次的间隔时间为8～12h；当EM菌种调理剂全部喷入完毕后，经过10～12h，再对污泥垃圾混合物进行翻堆。
8.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：步骤2)中干燥到含水率为35％～45％时进行堆垛，堆垛的高度为0.5～1.5m；步骤3)中，平摊红土壤的高度为5～8cm。
9.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：步骤3)中，所述玉米种子为甜玉米种子，每亩用玉米种子1～1.5公斤，种子种埋深度25～30cm，行距70～7cm，株距30～35cm，密度3000～4000株；春播80～85天，夏播65～70天，秋播80～85天，冬播90～95天。
10.如权利要求1所述的一种利用城市污泥及城市建筑垃圾生产一类土的处置方法，其特征在于：步骤3)中，土壤监测参数包括土壤蔗糖酶、土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶、土壤过氧化氢酶；所述增幅为10％～25％。
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