剩余污泥處置及其在礦業(yè)廢棄地復(fù)墾中的應(yīng)用分析
摘 要:本文分析了我國(guó)城市剩余污泥的主要特性，以及礦業(yè)復(fù)墾的基本現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題。提出了剩余污泥應(yīng)用于礦業(yè)復(fù)墾可增加廢棄地土壤肥力，改善土壤物理性狀，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。只要剩余污泥比例適當(dāng)，避免土壤重金屬以及地下水的二次污染，其在復(fù)墾中的應(yīng)用是可行的，具有進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)的前景。
關(guān)鍵詞:剩余污泥 礦業(yè)復(fù)墾 應(yīng)用
一、概述
城市生活污水的處理，目前最常用的方法是活性污泥法，該方法在污水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量剩余污泥。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大和人口的不斷增長(zhǎng)，城市生活污水的排放量不斷增加，污水處理廠也在不斷建設(shè)和發(fā)展，污泥的產(chǎn)量越來(lái)越大。以武漢市為例，目前有二郎廟、沙湖、黃浦深排、龍王嘴等4座污水處理廠，總處理規(guī)模為53萬(wàn)噸/日，污水處理率為21.2%。剩余污泥的產(chǎn)出量為2.7—3.5萬(wàn)噸/年（96%的含水率，下同）。該市規(guī)劃到2007年，再建、擴(kuò)建污水處理廠5個(gè)，到時(shí)主城區(qū)有污水處理廠9座，總處理規(guī)模為160萬(wàn)噸/日，污水處理率達(dá)到70%以上。預(yù)計(jì)剩余污泥產(chǎn)出量為8萬(wàn)－10萬(wàn)噸/年[1]。剩余污泥的堆放占用土地面積，伴有惡臭，且含有毒有害物質(zhì)和病原微生物，若不加以控制，勢(shì)必造成二次污染， 由此看出，剩余污泥的處置已成為當(dāng)前城市污水處理廠急需解決的一個(gè)重要問(wèn)題。
二、剩余污泥特性與常用處置方法
（一）剩余污泥特性
剩余污泥是一種天然有機(jī)肥，除含有灰分外，還含有大量有機(jī)物以及能夠促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)的氮、磷、鉀及其它微量元素，其中一般含氮4%、磷2.5%、鉀0.5%[2]；與此同時(shí)污泥中還有病原菌、寄生蟲(chóng)及其重金屬等有毒有害物質(zhì)，且常伴有惡臭。如何合理利用和處置剩余污泥，變廢為寶已成為當(dāng)今剩余污泥處置的研究熱點(diǎn)。中國(guó)部分城市剩余污泥養(yǎng)分含量見(jiàn)表1[3]。
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表1 中國(guó)部分城市剩余污泥養(yǎng)分含量（%）
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（二）剩余污泥常用處置方法
污泥的處置主要包括農(nóng)用、填埋、焚燒、排海等方法。
污泥農(nóng)用是最古老、最經(jīng)濟(jì)的處置方法。但該法的缺點(diǎn)是，若長(zhǎng)期使用，污泥中重金屬離子、有毒有害物質(zhì)會(huì)在土壤中積累，并通過(guò)食物鏈影響人體健康，因此發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)其使用制定了嚴(yán)格的農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。
污泥填埋簡(jiǎn)單易行，投資少，容量大，見(jiàn)效快。但是填埋占用大量土地，花費(fèi)大量運(yùn)輸費(fèi)用，若處置不當(dāng)，其滲濾液會(huì)污染地下水源，滲出的氣體主要是甲烷，易引起火災(zāi)和爆炸。
污泥干燥焚燒，其發(fā)熱量大約與劣質(zhì)煤相當(dāng)。但污泥焚燒投資大，管理復(fù)雜，焚燒前必須脫水，費(fèi)用較高。焚燒時(shí)易產(chǎn)生二氧化硫、二噁英等氣體污染空氣，目前該方法在我國(guó)并不常用。污泥排海是利用水體消納污泥，不需進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)毒無(wú)害處理，也無(wú)需脫水，并且容量大，但是造成了海洋污染，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和人類食物鏈構(gòu)成威脅，并且也沒(méi)從根本上解決環(huán)境問(wèn)題。
目前西歐等國(guó)以填埋為主約占45%，美國(guó)和英國(guó)以農(nóng)用為主，分別占30%和42%，加拿大以焚燒為主約占40%。部分國(guó)家的污泥處理方式及百分比見(jiàn)表2[4]。
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表2 部分國(guó)家的污泥處理方式及百分比（%）
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我國(guó)科技工作者對(duì)剩余污泥的處置途徑也作了大量的研究，目前尚無(wú)穩(wěn)定而合理的出路，總的狀況還是以農(nóng)用為主，制成有機(jī)肥料和直接作為土壤的改良劑使用。
三、我國(guó)礦業(yè)廢棄地復(fù)墾現(xiàn)狀與存在的主要問(wèn)題
（一）我國(guó)礦業(yè)廢棄地復(fù)墾現(xiàn)狀
礦業(yè)廢棄地是指被采礦活動(dòng)所破壞而無(wú)法使用的土地。根據(jù)其形成原因可分為三種類型：一是排土場(chǎng)廢棄地；二是開(kāi)采區(qū)廢棄地；三是尾礦壩廢棄地。礦業(yè)廢棄地對(duì)環(huán)境的影響是多方面的，主要表現(xiàn)在：（1）對(duì)地表景觀的破壞、（2）對(duì)土地資源的占用、（3）對(duì)環(huán)境的二次污染、（4）對(duì)動(dòng)植物生境的影響等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)有各類破壞廢棄的土地2億畝左右，其中，開(kāi)采礦產(chǎn)資源造成塌陷、挖損、壓占破壞廢棄的土地有6000萬(wàn)畝左右，約占破壞土地總量的30%。目前全國(guó)礦業(yè)復(fù)墾累計(jì)達(dá)600萬(wàn)畝左右，約占礦業(yè)廢棄地總量的10%[5]。礦業(yè)廢棄地對(duì)環(huán)境的危害以及對(duì)土地資源的侵占已嚴(yán)重制約著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展能力，礦業(yè)復(fù)墾與生態(tài)重建已成為世界各國(guó)共同關(guān)注的課題，正日益受到人們的普遍重視。
（二）存在的主要問(wèn)題
我國(guó)礦業(yè)廢棄地復(fù)墾率低，且復(fù)墾方法多屬于防止水土流失、恢復(fù)簡(jiǎn)單植被的工程復(fù)墾，其存在的主要問(wèn)題是：
1.生態(tài)環(huán)境意識(shí)淡薄
長(zhǎng)期以來(lái)未把土地復(fù)墾、生態(tài)恢復(fù)納入生產(chǎn)建設(shè)規(guī)劃，沒(méi)有把可持續(xù)發(fā)展觀體現(xiàn)在決策體制上來(lái)。
2.復(fù)墾方式較為單一，多限于綠化、水土保持
礦山復(fù)墾常用的穴植法和條帶法栽種，工程施工量大，成活率低，不易形成產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的復(fù)墾模式，加之復(fù)墾資金困難，企業(yè)積極性不高。
3.礦區(qū)廢棄地土壤貧瘠
土壤機(jī)械粒度、容重、陽(yáng)離子交換量、持水性、pH值等，不利于植物生長(zhǎng)。如尾礦壩礦砂粒度小，易板結(jié)；排土場(chǎng)礦泥顆粒粗，不易風(fēng)化和粉粹，持水性差。部分廢棄地土壤重金屬元素含量高（特別是在有色金屬礦山），也不利于植物生長(zhǎng)。
4.復(fù)墾科研工作跟不上企業(yè)需求
復(fù)墾技術(shù)僅限于一些基本途徑的研究，未從整個(gè)礦區(qū)條件，按照環(huán)境生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理進(jìn)行綜合、協(xié)調(diào)的生態(tài)復(fù)墾研究，致使復(fù)墾區(qū)生態(tài)環(huán)境改善不明顯，經(jīng)濟(jì)效益較低。
由上述分析可看出，從技術(shù)層面講，困擾我國(guó)礦業(yè)廢棄地復(fù)墾的核心問(wèn)題是土壤問(wèn)題。研究、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易行，投資少、成活率高的土壤改良和重構(gòu)技術(shù)，是當(dāng)前我國(guó)礦區(qū)復(fù)墾工作急需解決的問(wèn)題之一。
四、剩余污泥應(yīng)用于礦業(yè)廢棄地復(fù)墾的可行性
礦業(yè)廢棄地復(fù)墾的核心問(wèn)題是土壤問(wèn)題，解決復(fù)墾的土壤問(wèn)題，不僅從根本上解決了植物的立地條件，而且為礦業(yè)廢棄地從簡(jiǎn)單植被向農(nóng)業(yè)化復(fù)墾、恢復(fù)土地生產(chǎn)力創(chuàng)造了條件，其研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
（一）剩余污泥對(duì)土壤改良的作用
據(jù)研究表明：剩余污泥作為一種天然有機(jī)肥，對(duì)貧瘠土壤具有良好的改良作用，主要體現(xiàn)在以下方面：
1.剩余污泥富含大量有機(jī)物以及能夠促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)的氮、磷、鉀及其它微量元素，而且，含量一般高于農(nóng)家?guī)?，應(yīng)用于礦業(yè)廢棄地，可改善廢棄地礦砂、礦泥的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，提高土壤肥力。
2.通過(guò)污泥堆肥與土壤的盆栽試驗(yàn)表明，剩余污泥具有增大土壤陽(yáng)離子交換量、持水量、空隙度；降低土壤容重；促進(jìn)植物增長(zhǎng)的效果。
3.剩余污泥能使土壤中微生物量增加和代謝強(qiáng)度提高，從而改變土壤的生物學(xué)性狀。
（二）剩余污泥對(duì)土壤環(huán)境的影響
剩余污泥除含有利于土壤改良作用的養(yǎng)分外，還含有部分病原微生物和寄生蟲(chóng)卵以及微量重金屬元素等，它們可能通過(guò)各種傳播途徑，污染土壤、空氣、水源，危害植物的生長(zhǎng)，在使用中應(yīng)引起高度重視與警惕。目前在應(yīng)用剩余污泥時(shí)，主要從兩個(gè)方面控制剩余污泥的二次污染。一是剩余污泥在使用前的無(wú)害化處理，如污泥堆肥、輻射處理、巴氏滅菌法等可有效降低其高鹽分含量和殺死大部分病原微生物和寄生蟲(chóng)卵；通過(guò)化學(xué)和生物方法來(lái)降低污泥中的重金屬含量。二是合理控制剩余污泥的使用年限和使用數(shù)量，只要控制適當(dāng)，就不會(huì)造成土壤、地下水和環(huán)境的污染。
（三）剩余污泥在復(fù)墾中的應(yīng)用途徑
礦業(yè)生產(chǎn)中尾礦壩的礦砂顆粒小，易坂結(jié)；排土場(chǎng)的礦泥顆粒大，持水性差，其土壤貧瘠，不利于植物生長(zhǎng)。但我國(guó)部分礦山，特別是非金屬礦山，廢棄地并不含過(guò)多的重金屬元素和有毒物質(zhì)，為剩余污泥復(fù)墾應(yīng)用創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件，其應(yīng)用途徑有如下兩個(gè)方面：
1.將剩余污泥無(wú)害化處理后，作為有機(jī)肥料替代農(nóng)家肥和化肥用于廢棄地復(fù)墾。該方法產(chǎn)生二次污染的可能性小，安全、可靠，但剩余污泥前期處理工作量大，工藝較復(fù)雜，投資高。
2.將剩余污泥與礦業(yè)生產(chǎn)中廢棄的礦砂、礦泥按一定比例混合，重構(gòu)適合速生草本植物生長(zhǎng)的耕層土壤，加快土壤腐植質(zhì)層的產(chǎn)生和熟化，最終達(dá)到農(nóng)業(yè)復(fù)墾的目的。該方法的核心是要控制剩余污泥的使用數(shù)量以及與礦砂、礦泥的混合比例，試驗(yàn)監(jiān)測(cè)土壤與地下水的重金屬及有毒有害物質(zhì)的含量，在符合我國(guó)農(nóng)用土壤標(biāo)準(zhǔn)的條件下，確定剩余污泥的合理使用年份。
五、結(jié)束語(yǔ)
剩余污泥的處置以及減量化是當(dāng)前污水處理廠急需解決的一個(gè)難點(diǎn)，礦業(yè)廢棄地復(fù)墾是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，將剩余污泥應(yīng)用于礦業(yè)廢棄地復(fù)墾，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、原材料來(lái)源廣，充分達(dá)到了廢棄資源再利用的目的，必將深受礦山企業(yè)和城市污水處理廠的歡迎。但值得注意的是，不同城市和不同污水處理生產(chǎn)條件，其剩余污泥的性質(zhì)有所差別；不同礦業(yè)廢棄地的土壤特性也不盡相同，在這一領(lǐng)域還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步的研究和解決，探索剩余污泥在礦業(yè)廢棄地復(fù)墾中的應(yīng)用條件，也是本文需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題之一。
參考文獻(xiàn)
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