污泥是污水處理廠在凈化污水時得到的沉淀物質(zhì),含有混入生活污水或工業(yè)廢水中的泥沙、纖維、動植物殘體等固體顆粒及其凝結(jié)的絮狀物,是各種膠體、有機質(zhì)及吸附的金屬元素、微生物、病菌、蟲卵等物質(zhì)的綜合體。污泥中具體有哪些成份呢?
1、 黏土質(zhì)
污泥中的黏土質(zhì)組分有利于污泥作為建筑材料利用。一般情況下,城市污水廠污泥中含有20%~30%的無機物,主要是硅、鐵、鋁和鈣等的氧化物,與許多建筑材料常用的原料成分相近,它們即使被焚燒了還會以焚燒灰的形式存在,因此可以利用污泥中的黏土質(zhì)制造建筑材料。
項目 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO |
污泥焚燒灰 | 15~30 | 8~14 | 8~20 | 4.6~38 | 1.3~3.2 |
制磚要求 | 57~89 | 4.0~20.6 | 2.0~6.6 | 0.3~13.1 | 0.1~0.6 |
制水泥要求 | 18~24 | 4~8 | 1~8 | 60~69 | ﹤5 |
污泥焚燒灰成分、制磚和制水泥要求的成分
由此可見,污泥焚燒灰中的黏土質(zhì)成分,基本滿足制磚和制水泥的材料要求,為污泥處置的建材利用提供了依據(jù)。
2.重金屬
污泥中重金屬含量由于各地城市工業(yè)廢水與生活污水來源與比例不同,重金屬元素含量分布規(guī)律及性質(zhì)相差很大。經(jīng)過二級處理后,污水中的重金屬離子有50%以上轉(zhuǎn)移到污泥中。國內(nèi)學(xué)者陳同斌(2003)和楊軍(2009)對國內(nèi)不同城市的城市污泥進行取樣分析,其重金屬含量如圖所示。
2006年中國城市污泥中Hg、Cd、Ni、Pb、Cr、Cu、Zn等7種重金屬的含量均呈顯著下降的趨勢,其主要原因是城市工業(yè)廢水的控制排放及清潔技術(shù)的應(yīng)用。所以,隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)水平的提高,我國城市污泥重金屬含量下降是必然趨勢。
根據(jù)國內(nèi)城市污泥重金屬的報道資料,相比歐美等國家,我國城市污泥重金屬含量普遍要低,以重金屬的平均值進行比較。
重金屬(mg/kg) | |||||||||
Zn | Cu | Ni | Cd | Pb | Cr | Mn | Mo | Co | |
英國(1994年 | 2847 | 1121 | 201 | 107 | 900 | 887 | 397 | 7.7 | 16.5 |
美國(1994年) | 2200 | 700 | 52 | 12 | 480 | 380 | —— | —— | —— |
瑞典(1994年) | 1570 | 560 | 51 | 6.7 | 180 | 86 | 384 | —— | 10.8 |
中國(1994-2001年均值) | 1450 | 486 | 77.5 | 2.97 | 131 | 185 | —— | —— | —— |
污泥中重金屬成分分析
即使是最高含量的Zn(1450mg/kg),也低于其他國家,最容易超標的Zn、Cu、Cd、Pb的含量也要比英國低96%、131%、3503%和587%,比美國低52%、44%、304%和266%。按照我國1984年頒布的《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》(GB4284-1984)的規(guī)定,超標率最高的是Zn(高達55%),其次是Cu和Ni。但按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2003)的規(guī)定,我國城市污泥中Zn和Cu的超標率分別為9%和12%。但是以美國環(huán)保局的標準為參照,我國城市污泥的重金屬都不超標,所以我國污泥的重金屬污染程度要比發(fā)達國家低。
污泥中的重金屬的形態(tài)對研究其遷移轉(zhuǎn)化有重要作用,主要有以下五種:可交換的離子態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、硫化物及有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)??山粨Q的離子態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)的遷移性強,可以直接被生物利用。鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和硫化物及有機結(jié)合態(tài)可以被植物間接利用,隨著土壤pH值的改變,鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和硫化物及有機結(jié)合態(tài)可以部分轉(zhuǎn)化為可被植物利用的有效形態(tài),從而被植物所利用。殘渣態(tài)中的重金屬元素與硅酸鹽礦物、結(jié)晶鐵鎂氧化物等結(jié)合,很難被生物利用或遷移性很小。
3、營養(yǎng)成分
污泥含有豐富的植物營養(yǎng)成分,其肥效甚至優(yōu)于牛糞等農(nóng)家肥料。在污水處理過程中,活性污泥吸附降解污水中的有機質(zhì),所以污泥中的主要成分是有機質(zhì),不僅包含大量植物生長所需要的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素,也包含有鈣、鎂、硫、鐵、銅、錳、硼、鉑等微量元素。其中氮和磷均為有機態(tài),可以緩慢釋放而具有長效性。
①氮鹽:氮鹽是植物生長所必須的養(yǎng)分,污泥中的氮以有機和無機化合物的形式存在,有機氮約占90%,但它對植物的生長起不到任何作用,必須轉(zhuǎn)化為硝酸鹽才可被微生物利用。氮通常是污泥土地利用的限制因素,過量使用含氮污泥可能導(dǎo)致沒有利用的硝酸鹽轉(zhuǎn)移到地表或者地下水中,從而給人類健康和環(huán)境帶來不利的影響。
②磷鹽:每種植物的細胞分裂和生長都需要有充足的磷。磷的存在形式包括有機磷、正磷酸鹽和多磷酸鹽這三種。磷肥的主要攝取形式是有機物分解釋放出來的磷酸鹽,其中植物可吸收的正磷酸鹽占主導(dǎo)地位。
③鉀鹽:植物的很多功能都需要鉀的參與,包括維持細胞的滲透性、增強植物抵御危害的能力以及協(xié)助細胞對碳水化合物的運輸。
4、有機質(zhì)
污泥中的有機質(zhì)主要是由碳(質(zhì)量比大約為58%,按干基計算)構(gòu)成的,此外還有少量的氫、氧、氮、硫和磷。有機質(zhì)主要為碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪。不同性質(zhì)的污泥,其有機物的組成也不同。
5、微生物
大多數(shù)污水處理工藝會把污水中的致病微生物轉(zhuǎn)移到污泥中。因此,污泥中包含多種微生物群體。它們可以分為細菌、放線菌、病毒、寄生蟲、原生動物、輪蟲和真菌,這些微生物中相當一部分是致病的。沒有經(jīng)過處理的污泥直接施用會把微生物和病毒轉(zhuǎn)移到植物、地表水和地下水中。因此,污泥處理時需要考慮去除致病微生物。