北京市污水处理厂污泥特性分析_pH值

论文导读:：未经恰当处理处置的污泥进入环境后。北京市污泥产量达103.5万t（含水率80%）。值。有机质、氮、磷、钾的含量有差异。
论文关键词：污泥，含水率，pH值，有机质，重金属含量[1]
 

城市化进程的加快，城市污水处理率正在快速提高，城市污水处理厂的污泥产量随之急剧增加^[1-4]。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接对土壤、水体、大气产生二次污染，对生态环境和人类活动构成威胁^[5-7]。由于污泥中有机物、营养元素含量比较高，尤其是氮、磷、钾等，如何处理利用是生态环境学科的一个重要课题。

据统计，2008年，北京市年污水排放量为13.4亿m³pH值，污水处理率达78％，年污水处理量为10.5亿m³。其中，城区年污水排放量9亿m³，污水处理率达93％，年污水处理量为8.4亿m³；郊区年污水排放量4.4亿m³，污水处理率48％，年污水处理量为2.1亿m³。根据《北京城市总体规划（2004年-2020年）》，预计 2020年，北京市年污水排放量18亿m³，污水处理率达90%，年污水处理量16.2亿m³。

随着北京市污水处理设施的增加、处理率的提高和处理程度的深化，污水处理厂的污泥产量急剧增加。2008年，北京市污泥产量达103.5万t（含水率80%），其中，城区86.6万t，郊区16.9万t。根据《北京城市总体规化（2004年-2020年）》，预计2020年，北京市全年污泥产量将达200万t（含水率80%）论文的格式。

由于污泥中含有大量的有机物、营养元素等pH值，因此污泥的资源化利用受到人们的关注，如污泥农业利用、土地利用、建筑利用和园林绿化利用等^[8-12]。为此，分析污泥的性质是科学合理地进行污泥处置与资源化的前提条件。

1　材料与方法

对北京市的污水处理厂进行调查研究，考察各污水处理厂的基本运行情况。以黄村、房山城关、良乡、门头沟、延庆夏都、昌平、密云、平谷、怀柔、顺义李桥、亦庄等11家污水处理厂的生污泥作为样品，分别对含水率、pH值、有机质等养分和重金属含量等理化性质进行化验测定分析。

土壤理化分析按GB/T 15618-1995《土壤环境质量标准（Environmental quality standard for soils）》规定执行。其中pH用GB/T 6920-1986方法pH测试仪测定，全氮用NY/T 53-1987测定，全磷用NY/T 88-1988测定，全钾用GB 9836-1988测定，重金属用GB 15618-1995测定。

2　结果与分析

2.1 pH值

pH值对污泥处理来说是十分重要的条件。一般认为，发酵在pH6-9范围内进行，且最佳pH值在8左右。研究表明^[13]，国内污水处理厂的污泥pH值均在6~9之间，总碱度为16~26mg/L左右。

pH对重金属的稳定性有着非常重要的作用。重金属各种状态的稳定性对环境条件（主要是pH值、离子强度）变化的敏感程度顺序为吸附及离子可交换态＞氢氧化物＞碳酸盐结合态＞硫化物及有机结合态。虽然重金属的碳酸盐态、氢氧化物络合态的稳定常数比有机络合物的大，但由于易受pH值变化的影响，因此其稳定性反而不如有机络合物，而重金属硫化物不论从其稳定常数，还是从其对pH值变化的敏感程度看，都具有较强的稳定性。正是基于这一特性pH值，目前在稳定污泥重金属危害性方面，也可将污泥中一些稳定性差的易受pH值变化影响的重金属化合物转化为稳定性较好的受pH值变化影响小的重金属硫化物，以提高污泥农用的安全可靠性。

本研究采集污泥的pH值在6.71~7.51（表1），在土地利用（农用、园林绿化、土地改良等）中施用，不会对土壤的酸碱度造成大的影响。但是污泥含水量较高（平均为82.73%），不宜直接施用。

表1 北京市污水处理厂污泥营养成分g/Kg

Table 1　Nutrient content of thesewage in wastewater treatment plant in Beijingg/Kg

注：数据来源于北京市水利科学研究所水生态中心

2.2　养分含量

城市污泥中含有丰富的氮、磷和钾等营养元素，维持植物正常生长的多种微量元素B和Mo等以及改良土镶结构的有机质及腐殖质，提高土雄的保水性能和保肥能力^[14]。一般来说，在没有其它限制因素时，养分浓度越高，农业利用价值越大。总体上讲，城市污泥是一种富含有机质、高氮、高磷而低钾的有机肥，pH为中性或偏酸性，其养分含量高于一般禽畜粪便，矿化速度也比农家肥迅速^[15]。北京市污水处理厂污泥营养成分含量（表1）中，11个污水处理厂的污泥因其来源及污水、污泥处理工艺不同，有机质、氮、磷、钾的含量有差异，但总体上污泥是一种富含有机质（平均为509.45 g/kg）、高氮（平均为46.12 g/kg）、高磷（平均为45.47 g/kg）、低钾（平均为8.33 g/kg）的有机肥pH值，呈现出：“三高一低”的状况论文的格式。

李艳霞^[16]等对我国16个城市29个污水处理厂城市污泥养分的统计分析并与美国的城市污泥中养分进行比较，与国外污水污泥相比，我国城市污泥含有丰富的氮和磷等养分，且平均值均高于美国城市污泥，尤其是磷和氮含量普遍较高。

与中国传统的农家肥——猪粪、牛粪、鸡粪相比（表2），北京市污水处理厂污泥总氮和总磷的含量比纯猪粪高120.6%和407.4%，比牛粪高176.1%和957.4%，比鸡粪高97%和3.89%；北京市污水处理厂污泥中钾的含量较低，相比纯猪粪、牛粪和鸡粪低34.4%、14%和93.2%。因此，城市污泥作为肥料提供氮和磷可以优于猪粪及猪厩肥，但全钾含量偏低，施用城市污泥时应补充钾肥。

土壤有机质在土壤肥力中有其他元素不可代替的作用，常以它作为土壤肥力高低的指标；一般认为≥1.7%为高肥力，≤1.2%为低肥力^[17]。城市污泥经堆肥后会形成大量腐殖质和许多己被植物吸收状态的营养物质，可以能够改善土壤结构，增加土壤肥力，促进作物生长。李艳霞等^[16]对我国16个城市29个污水处理厂城市污泥养分的统计分析并与美国的城市污泥中养分进行比较，我国污泥中有机质含量（384g/kg）较美国（534g/kg）低。但是pH值，北京市污水厂污泥有机质含量（509.45g/kg）与美国（534g/kg）接近。另外，北京市污泥中的有机质含量（509.15g/kg）与传统农家肥相比，相当于纯猪粪有机质平均含量的71.3%；相当于牛粪有机质平均含量的80.3%；相当于鸡粪有机质平均含量的97.9%。

表2 传统农家肥的有机质含量及养分含量 g/Kg

Table 2 Organic matter and nutrientsconcentrations in traditional farm manure g/Kg

2.3　重金属含量

在污水处理过程中，污水中50%~80%以上的重金属通过细菌吸收、细菌和矿物颗粒表面吸附，以及无机盐（磷酸盐、硫酸盐）共沉淀等多种途径浓缩到产生的污泥中^[19]。而污泥中重金属种类和数量也因城市生活、生产特点的不同而异。城市污泥中主要含有Cu、Zn、Cd、Ni、Cr、Pb、Hg和As等有害有毒重金属。研究发现，污泥中重金属的85%~95%附着于生物团（细菌碎屑）上，5%~15%存在于矿物颗粒和有机碎屑颗粒物上，很少一部分存在于可溶态和胶状的有机物质上^[19,20]。重金属有剂量小、危害大、易富集等的特点，一直是限制污泥农业利用的最主要的因素^[21,22]。因此，污泥中潜在的重金属污染（Cu、Cd、Pb、Ni和Zn）得到了广泛的关注。即使是植物必须的微量元素，Cu和Zn等，其在土壤中的含量超过了一定浓度，也会对植物产生毒害作用。

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