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生物有机肥料的主要原料种类与性质(八)市政有机废弃物
[ 日期:2016-03-23]   阅读:次 ]
(一)生活垃圾
   生活垃圾是指在居民日常生活中或为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物,主要产自居民家庭、商业、餐饮业、旅游业、旅馆业、服务业和文教行业等。垃圾产量平均每人每天已超过1 kg。解决垃圾出路,已成为非常迫切的任务。
   1.成分与性质城市垃圾的来源广泛,成分复杂,其主要成分包括厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、废玻璃陶土碎片、砖瓦渣土、粪便、庭院废物、废旧电器及废家用什具等。其组成性质与经济发展、生活水平、消费方式、地理环境和季节等关系密切。
   从表21北京市城市垃圾成分变化中可以看出20世纪90年代初以前我国居民生活垃圾中煤灰渣所占比例很大,因此,无机成分灰土所占比例较高。随着城市煤气化的实现和区域供热的实施,城市垃圾中灰土等无机成分到20世纪末所占比例已从先前的50%以上下降到5%左右。而纸类、食品、金属、塑料、玻璃和织物等相对经济价值较高可直接回收的成分明显上升。其他城市也有类似趋势。垃圾成分的这种变化趋势将有利于生活垃圾的资源化。
表21 北京市城市垃圾成分构成表%

年份
食品
灰土
纸类
塑料
玻璃
金属
织物
草木
砖瓦
1990
24.89
53.22
4.56
5.08
3.10
0.09
1.82
4.13
4.11
1995
35.96
10.92
16.18
10.35
10.20
2.96
3.56
8.37
1.50
1998
36.12
5.64
17.89
11.35
10.70
3.34
4.11
9.12
1.11

   由于我国城市垃圾产生量和构成的变化,其理化属性也发生了很大变化。其一,容重迅速下降,由10年前的0.6—0.8t·m-3下降到0.3—0.4t·m-3;其二,热值上升,1991—1996年北京城市垃圾热值增长了2 839kJ·kg-1。据调查,国内主要城市的垃圾成分和理化属性的变化基本与北京相同。
城市垃圾的化学成分很复杂,除含有植物营养物质外,还含有一些有毒元素。从北京市环卫所1983—1985年3年调查的平均值来看,垃圾中含碳为12%~38%、氮为0.6%~2.0%、磷为0.14%一0.2%、钾为0.6—2.0%、铁为2.57%、硅为19.9 mg·kg-1、锰为350 mg·kg-1、铬为52.47 mg·kg-1、铝为14.51 mg·kg-1、砷为10.21 mg·kg-1、汞为0.062 mg·kg-1、镉为0.0044 mg·kg-1
   2.生活垃圾的处置方式城市生活垃圾主要有3种处置方式——卫生填埋,焚烧和堆肥。各地社会经济条件和垃圾构成上的巨大差异,是导致选择不同处置方式的原因。
卫生填埋用来直接处置未分选垃圾,也处置经焚烧后垃圾余灰和垃圾堆置过程中分选出来的杂物。垃圾填埋场选址,除需考虑地质、地貌、垃圾收运方便外,还要估计对大气环境、水环境,对附近居民健康和卫生方面的影响,并采取相应的技术措施,尽量减少这些不利影响,例如,分层填埋、底层防渗、嫌气发酵和沼气回收等。对填埋场地今后的重复利用也要做出规划。
焚烧是利用垃圾中的热值来取暖或发电,用作焚烧处理的垃圾热值需要高于 4187kJ·kg-1,可燃物含量要达到60%。这种标准在发展中国家通常达不到(垃圾中纸张,塑料等可燃物少)。再则,建厂投资大,供料、废热利用、除尘环保等一系列设备的技术要求高,也是限制因素。本方法在发达国家已相当普遍,特别是在国土面积狭小、能源紧缺的日本,焚烧垃圾已占垃圾生产总量的2/3以上。
垃圾经堆置腐熟后农用,是处理费用较低、处理和利用相结合的途径。在发展中国家广泛采用。我国城郊农民有利用城市垃圾的历史传统,并积累了经验。再则,我国城市生活垃圾组成中厨余物含量高,杂物含量较低,也适合做堆肥处理。今后,我国在城市生活垃圾处理途径上,大多数地区仍宜以堆肥为主,卫生填埋和焚烧为辅。
   3.垃圾堆肥农用效果据研究,土壤条件是影响肥效的主要因素。在中、低肥力土壤上,垃圾堆肥有较高的增产效果,特别在配施适量氮肥后,增产幅度可达66%~79%之间。而高肥力土壤上增产效果要低得多,一般都小于9%。用无锡市高温堆肥二次发酵工艺的垃圾堆肥进行试验发现,施用于多种蔬菜和大田作物上均得到了良好的增产效果和经济效益。蔬菜的适宜用量为45 t·hm-2,增产率为11%~27%。
   垃圾堆肥在提高土壤肥力上的作用也很明显。据研究报道,施垃圾堆肥75 t·hm-2,土壤有机质提高0.07%~0.27%,全氮提高0.003%。土壤容重下降0.02~ 0.16g·cm-3,土壤孔隙度增加了0.3%一5.3%,土壤保水、保肥力也有相应提高。无锡市蔬菜研究所的研究发现,施用垃圾堆肥全面改善新菜地土壤的物理性状,在试验用量范围内,改善程度与肥料用料量问呈正相关。
施用垃圾堆肥对农产品品质有多方面的有利影响,例如,番茄和马铃薯薯块的单个重量增加,番茄提早上市,大白菜单株重、净产率、包心率也有所提高。施垃圾堆肥可降低青菜和萝卜的硝酸盐浓度,由单施尿素的274 mg·kg-1降到45—119 mg·kg-1。在9种蔬菜试验中还发现产品中矿物质和维生素含量有所提高。另有报道,施150 t·hm-2垃圾肥的小麦子粒蛋白质和面筋含量,均有增加趋势。
   4.垃圾堆肥的合理施用垃圾施用于土壤,带来的环境问题主要是:如使用前不分选,易使土壤“渣化”,造成漏水漏肥;其中的病原物和重金属如不处理,会污染土壤和水体,进入食物链,危及人和动物的健康。因此,施用有机废弃物前,要进行分选,然后经过厌氧发酵或好氧堆肥等处理后,按国家规定的标准有控制地施用。按我国城镇垃圾堆肥农用控制标准(表22),表22中1~9项全部合格者方能施用于农田;在10~15项中,如有一项不合格,其他5项合格者,可适当放宽,但不合格项目的数值,不得低于我国垃圾的平均数值。即有机质不少于8%,总氮不少于0.4%,总磷不少于0.2%,总钾不少于0.8%,pH值最高不超过9,最低不低于6,水分含量最高不超过40%。施用符合该标准的垃圾,每年每公顷农田用量,黏性土壤不超过60t,砂性土壤不超过45t,提倡在花卉、草地、园林和新菜地、黏土地上施用。大于lmm粒径的渣砾含量超过30%及黏粒含量低于15%的渣砾化土壤、老菜地、水田不宜施用。对于表22中1—9项都接近本标准值的垃圾,施用时其用量应减50%。
表22 城镇垃圾农用控制标准(GB8172—87)

编号
项目
标准极限
 
编号
项目
标准极限
1
杂物/%
≤3
 
9
总/mg·kg-1
≥10
2
粒度/mm
≤12
 
10
总氮(N)/%
≥0.5
3
蛔虫卵死亡率/%
95~100
 
11
总磷9P2O5)/%
≥0.3
4
大肠菌值
10-2~10-1
 
12
总钾(K20)/%
≥1.0
5
总镉/mg·kg-1
≤3
 
13
PH值
6.5~8.5
6
总汞/mg·kg-1
≤5
 
14
水分/%
23~35
7
总铅/mg·kg-1
≤100
 
 
 
 
8
总铬/mg·kg-1
≤300
 
 
 
 

   注:①表中除2、3、4项外,其余各项均以干基计算;②杂物指塑料、玻璃、金属、橡胶等。
(二)污水污泥
   1.污水的处理工艺与污水污泥的形成污水污泥是指污水处理厂在净化污水过程中产生的沉淀物。它不同于江、河、湖、海、塘、沟、渠的底泥(常称之为淤泥),也不同于上水(饮用水)处理后的污泥。根据污水处理程度又分为一级、二级和三级处理。一级处理是指污水通过格栅截留粗大杂物,再经曝气沉沙池除去砂粒,流人初沉池沉降分离污水中悬浮物,从而使水质得到部分净化的工艺。强化一级处理则是在普通一级处理的基础上结合添加化学絮凝剂来使污水得到更好的净化。二级处理则是指通过一级处理后的出水进入接种有活性污泥(指含大量好气微生物的絮状菌体胶团)的生物反应池(如曝气池,氧化沟等),在不断供氧条件下,经6~8h生化处理再流人二次沉淀池,泥水静止分离后,污水得到净化的处理工艺。三级处理则是在二级处理工艺上附加脱磷脱氮生化处理的工艺。目前,我国污水处理厂污水处理工艺以二级为主。从二次沉淀池中排出的污泥称为二沉污泥,但多数污水厂排出的污泥都是一沉污泥和二沉污泥的混合物。对于采用活性污泥法处理工艺的污水处理厂,污泥(含水97%左右)的产生量通常占污水量的0.3%一0.7%。污泥经过厌(好)氧消化处理后,称之为厌(好)氧消化污泥。这些消化的或未消化的污泥通常需要进一步采用压滤或离心脱水形成含水75%一80%的脱水污泥,以利于后续处理处置,目前,我国城市污水处理厂约450座,年产生污泥300万t(干物质计)。
   2.污水污泥的基本组成与性质不同的污水处理厂由于采用的污水处理工艺,污水来源与性质的不同,产生的污泥组成与性质差异极大。一般地,工业污水所占比例越大,污染物含量越高;而生活污水所占比例越大,有机质和植物养分含量高,污染物含量低。污水二级处理后产生的污泥其有机质和养分含量比一级处理的:污泥要高。表23列举了江苏省5家城市污水处理厂全年污泥基本组成。
表23 江苏城市污水处理厂脱水污泥的成分与性质

项目
苏州新区
无锡芦村
常州城北
徐州圭河
南京江新洲
处理深度
二级
二级
二级
二级
一级
pH值
7.35
8.1
7.92
7.99
8.07
EC/ms·cm
2.01
2.55
1.14
8.78
1.88
有机质/%
40.4
40.7
53.4
48.9
14.1
全氮(N)/%
3.86
2.91
5.16
5.31
0.85
全磷(P)/%
0.80
1.16
0.77
1.07
0.29
全钾(K)/%
0.40
0.35
0.24
0.27
0.79
C/N
6.07
8.11
6.00
5.34
9.62
Ca为/%
1.00
2.96
1.05
2.27
2.39
Al为/%
2.60
2.38
1.42
1.06
3.63
Fe为/%
1.37
1.45
1.07
1.02
2.06
Mg为/mg·kg-1
3365
3468
2905
6009
7269
Mn为/mg·kg-1
641
505
320
160
384
B为/mg·kg-1
133
86
59
66
87
Cu为/mg·kg-1
6552
317
662
2855
153
Zn为/mg·kg-1
986
1333
670
14790
620
Pb为/mg·kg-1
849
72
28
44
86
Cd为/mg·kg-1
4.3
4.2
3.2
33
5.8
Ni为/mg·kg-1
537
292
64
38
39
Cr为/mg·kg-1
239
358
637
524
61
Se为/mg·kg-1
16.3
35.2
1248
104
13.2
As为/mg·kg-1
141
115
5.2
15
20

   注:全年的平均值,干基。
   我国绝大多数城市污泥中有机质含量在20%~60%之间,全氮在2%~7%全磷(P)在0.7%~1.4%,比一般的农家肥养分丰富,而与鸡粪相似。但污泥中钾含量通常较低,多数在0.2%一0.5%之间。此外,污泥中重金属种类较多,含量也较高,是污泥农用最大的障碍因素。污泥中还存在各种病原物,以大肠杆菌为指标,其数量相当于10MPN,蛔虫卵可达l~7个/500g液体污泥。近年来,一些研究者还从污泥中检出一些微量的难降解持久性有机污染物,如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)等。因此,污泥农用必须谨慎。
   污水污泥在物理性质上与其他有机肥如畜禽粪便完全不同。由于二级污水处理厂排出的污泥主要由微生物菌体胶团组成,颗粒细小,蛋白质含量高,亲水性强,因此,脱水污泥(含水75%一80%)可塑性高,进一步采用机械脱水十分困难,而污泥干化后却又变得十分硬结,因此脱水污泥土地利用前常需要改良其不良的物理性质,如采用堆肥化方法。
   3.污泥农用的肥料效果与环境问题污泥农用能明显提高土壤肥力。由于污泥有机质、氮、磷养分高,其中80%左右的氮磷均为有机态,养分供应具有缓速兼备的特点,因此,施用污泥明显促进作物长势长相,表现在生物量和株高增加,叶片肥厚。对于粮食作物,用当季,污泥氮至少可替代80%化肥氮,而不会造成作物的减产。而且污泥的残效明显,对后季作物的生长有好的促进作用。与施用化肥的处理相比,施用污泥还明显使土壤容重下降,孔隙率、土壤有机质、全氮磷及有效态氮磷等均有明显升高,提高了土壤肥力。
   由于污泥中含有有机无机及生物性污染物,因此,污泥不合理应用会造成土壤、植物和水体污染,其中重金属污染是污泥农用过程中监测的重点。研究发现,污泥农用会使重金属在土壤施用层大量聚集,而且由于污泥本身带人以及污泥在分解过程中产生水溶性有机物,通过其络合作用,会导致少量重金属向下迁移,例如,在连续施用污泥2年的粮食地中发现,污泥中锌可迁移到60cm下的土层(图9—2)。施用污泥的土壤重金属化学活性通常比对照土壤高得多,前者为后者的1.2—4倍,也比其他重金属污染类型(如矿山附近的污染土壤)的土壤为高。有研究者发现,污泥停施15年后,污泥处理土壤中重金属的有效性依然高于对照区土壤。
   长期不合理施用污泥或一次大量施用污泥必然会造成作物的重金属污染,特别是对于叶菜类蔬菜污染尤其严重。利用苏州城西污水处理厂污泥所做的一项研究表明,施用污泥的处理,包菜中外包叶重金属锌含量比施化肥的对照处理高4倍,包球(可食部分)中高2倍。北京市1994年调查,北京东南郊部分农地由于过去长期施用污泥,导致小麦和玉米中重金属汞和镉超标。
   4.污泥的安全农用为防止污泥农用过程中造成重金属污染,许多国家都制订了相应的控制标准,例如,美国于1983年制订了污泥土地利用条例(40FCR Part 503),1993年再度修订了该条例,对污泥重金属含量进行了限定,并同时规定了土壤对污泥重金属的最高负荷量和年负荷量。我国在1995年曾颁布了农用污泥中污染物控制标准{表24}。规定有害物质超标的污泥不能作为农肥施用于农地,本标准的其他的规定是:①施用符合控制标准的污泥,每年最大施用量不得超过30t·hm-2(干物质计)。污泥中任何一项无机化合物含量接近本标准时,连续在同一块土壤上施用,不得超过20年;②为了防止对地下水的污染,在砂质土壤和地下水位较高的农田上不宜施用污泥;在饮水水源保护地带不得施用污泥;③生污泥须经高温堆腐或消化处理后才能用于农田。,污泥可在大田、园林和花卉地上施,在蔬菜地和当年放牧的草地上不宜施用;④在酸性土壤上施用污泥除了必须遵循在酸性土壤上污泥的控制标准外,还应该同时年年施用石灰以中和土壤酸性;⑤对于同时含有多种有害物质而含量都接近本标准值的污泥,施用时应酌情减少用量。
表24 农用污泥中污染物控制标准(GB4284--84)mg·kg-1干物质

 
最高允许含量
酸性土(pH<6.5)
中性或碱性土(pH~6.5)
镉及其化合物(以Cd计)
5
20
汞及其化合物(以Hg计)
5
15
铅及其化合物(以Pb计)
300
1000
铬及其化合物(以Cr计)
600
1000
砷及其化合物(以As计)
75
75
硼及其化合物(以B计)
153
150
铜及其化合物(以Cu计)
250
500
锌及其化合物(以Zn计)
500
1000
镍及其化合物(以Nl计)
103
200
矿物油
3000
3000
苯并(a)芘
3
3

   为避免污泥中重金属对食物链的污染,粮食作物直接大量地施用污泥或污泥堆肥应该特别谨慎,最好将之应用于不进入食物链的园林绿化地。将污泥制成有机无机复合肥,由于大幅度提高了污泥复合肥中养分的含量,使单位面积土壤实际接.受的污泥量少(150一450kg·hm-2),可有效避免由于污泥集中大量施用所带来的污染风险。
 -------以上信息由河北正定县有机生态肥厂宣传部www.hebyuanhai.com提供。联系人:刘经理 13032613295
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