一种城市污泥用于生态恢复的方法与流程

本发明涉及环保与生态恢复领域，具体涉及是一种城市污泥用于生态恢复的方法。

背景技术：

随着我国经济和城市化的迅速发展，城市污泥和建筑垃圾量急剧增加。建筑垃圾为城市建设过程中产生的建筑类垃圾，养分含量极低，土壤少，硬块多，资源化利用率不高；城市污泥(sewagesludge)是城市的污水处理厂在废水处理过程中产生的固态废弃物，其富含植物生长所需的多种营养物质，且供养效果明显优于等养分化肥，因此，土地利用是对污泥积极有效的处置方式，但污泥中还含有有害的重金属元素，如as、cd、cu、ni、pb、zn等，这些重金属元素会在土地利用过程中对周边环境造成污染，将污泥直接用于农业用地，重金属元素甚至进入食物链，危及到人类的生命健康。因此，污泥的土地利用需要解决重金属污染问题，目前多是通过将污泥进行堆肥以降低有害物含量，但在增加安全性的同时，也增加了污泥处置的费用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种成本较低并有效消化城市污泥的处理方法；具体技术方案为：

一种城市污泥用于生态恢复的方法，包括如下步骤：

1)污泥来自污水厂未经处理的湿污泥，含水量高于80％；

2)建筑垃圾包含砖头瓦块、混泥土、石块、沙子、石灰、渣土等，对建筑垃圾进行粉碎，过3cm孔径筛去除较大的硬块，即为所述建筑垃圾土；

2)污泥和建筑垃圾土按体积比混合制成混合基质，所述污泥的体积百分比为30％至60％，余量为建筑垃圾土；同时加入土壤稳定剂与团粒剂，稳定剂最好按200-500g/m³加入，团粒剂最好按100-300g/m³加入，充分混匀。

3)将混合基质作为野外生态恢复的种植基质，用于立地条件差、坡度30°以下的坡面或平地，将混合基质铺盖于场地上，厚度10-30cm；

4)将臭椿、白蜡、刺槐、紫穗槐、元宝枫、黄栌中一种或多种种子水选后进行播种；

5)播种时采用单一树种，或2-3个树种混播，播种量不低于50-100粒/m²,以保障植物尽快覆盖坡面；

6)待种子萌发长出3片真叶后去除覆盖物，进行田间管理，监控树木生长。

进一步，所述播种采用如下步骤：

1)在播种时间将所述混合基质浇透水；

2)将所述种子与草炭土拌匀，均匀撒在所述混合基质上；

3)再用沙土或草炭土覆盖约1cm-2cm厚。

进一步，步骤2)和步骤3)中所述草炭土与沙土为湿润的，以手握成团为标准。

进一步，步骤1)所述播种时间与相应措施为：

1)如在秋季入冬前施工，植物种子进行水选后直接播种，无需采取覆盖措施；

2)如在当年播种，需对种子进行催芽处理，待种子外种皮裂开吐白后进行播种，已保证出苗率整齐；

3)在早春播种时可用薄膜覆盖保温保湿，在初夏后播种日照强、气温高时，用遮阳网或草帘或秸秆覆盖保湿防干；

4)在秋季与春季播种，植物能在春季萌发生长，形成根系后能改善基质理化性状并固着基质连成有机整体，在夏季雨季来临时可显著降低生长基质中重金属的流失。

进一步，所述田间管理采用如下步骤：

1)在树木幼苗长出后，如气温高的干旱地区可适当补充人工水，采用雾喷方法补水降温；待幼苗长出根系10cm长后，无需再补充水分；

2)如有杂草高度超过苗木高度形成遮挡，应及时除去杂草，可采用除草剂或人工杀草；

3)当苗木长大后，苗木密度过大相互有干扰时，可适当间苗，控制覆盖度在80％以上。

本发明城市污泥用于生态恢复的方法通过将污泥与建筑垃圾进行合理搭配，形成适宜用于生态恢复的种植基质，建筑垃圾粗颗粒多，有利改善污泥透气性，污泥中养分含量高，能满足植物生长需求；采取植物种子前处理、混播技术以及后期苗木管理，保证植物种子萌发率与后期生长，不同植物生长近一致，形成稳定土壤根系系统，并快速覆盖场地，特别有利坡面稳定和水土保持；同时通过植物对重金属等有害物质的富集与转移作用，降低对周边环境污染，实现污泥的安全土地利用。

附图说明

图1为地下部分生物量对比数据；

图2为地上部分生物量对比数据；

图3为整株生物量对比数据；

图4为根冠比对比数据；

图5为as含量对比数据；

图6为cd含量对比数据；

图7为cu含量对比数据；

图8为ni含量对比数据；

图9为pb含量对比数据；

图10为zn含量对比数据。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

污泥取自北京市昌平区水务局小汤山污水处理厂，该厂污水来源主要为北京昌平城区的生活污水、昌平科技园区的工业污水和沙河大学城污水等。建筑垃圾取自北京市昌平区亭子庄村附近的建设工地，主要成份为渣土、砖块、瓦砾、碎石、混泥土块，以及少量的木料和碎玻璃等。各种比例混合的污泥和建筑垃圾土的基本理化性质见表1、表2。植物材料为臭椿(ailanthusaltissima)播种实生苗，种子购自北京市林木种子管理站。

本实施例中的城市污泥的处理方法，包括如下步骤：

1)选来自污水厂未经处理的湿污泥，含水量高于80％；将建筑垃圾粉碎，过3cm孔径筛去除较大的硬块，即为所述建筑垃圾土；

2)将污泥和建筑垃圾土按体积比混合制成混合基质，其中污泥的体积百分比为40％，余量为建筑垃圾土；当然，还可以将污泥的体积百分比调整为30％到60％之间。

3)同时加入土壤稳定剂200g/m³与团粒剂100g/m³，稳定剂添加量还可增大到200-500g/m³，团粒剂可增加到100-300g/m³范围，充分混匀。

3)将混合基质用于生态恢复的种植基质，选用坡度30°以下的坡面或平地作为施工场地，将混合基质铺盖于施工场地上，铺设厚度控制在10-30cm之间；

4)将臭椿种子水选后进行播种；还可以选用白蜡、刺槐、紫穗槐、栾树树种；

5)播种时可以单一树种，或2-3个树种混播，播种量不低于50-100粒/m²,以保障植物尽快覆盖坡面；

6)待种子萌发长出3片真叶后去除覆盖物，进行田间管理，监控树木生长。

为了提高种子成活率，播种过程还可以采用如下步骤：

1)在播种时间将所述混合基质浇透水；

2)将所述种子与草炭土拌匀，均匀撒在所述混合基质上；

3)再用沙土或草炭土覆盖约1cm-2cm厚。

步骤2)和步骤3)中所述草炭土与沙土最好为湿润的，以手握成团为标准。

为了避免夏季雨季的影响，还需要调整播种时间与采取以下相应措施：

1)如在秋季入冬前施工，植物种子进行水选后直接播种，无需采取覆盖措施；

2)如在当年播种，需对种子进行催芽处理，待种子外种皮裂开吐白后进行播种，已保证出苗率整齐；

3)在早春播种时可用薄膜覆盖保温保湿，在初夏后播种日照强气温高时，用遮阳网或草帘或秸秆等覆盖保湿；

4)在秋季与春季播种，植物能在春季萌发生长，形成根系后能改善基质理化性状，并固着基质连成有机整体，在夏季雨季来临时可稳定土层，并显著降低生长基质中重金属的流失。

为了获得更好的效果，最好采取以下田间管理措施：

1)在树木幼苗长出后，如气温高的干旱地区可适当补充人工水，采用雾喷方法补水降温；待幼苗长出根系10cm长后，无需再补充水分；

2)如有杂草高度超过苗木高度形成遮挡，应及时除去杂草，可采用除草剂或人工杀草；

3)当苗木长大后，苗木密度过大相互有干扰时，可适当间苗，控制覆盖度在80％以上。

实验方法

基质取样：污泥和建筑垃圾混合基质样品用对角线法采集，使用工具为土钻。采集基质中深度为10-25cm、植物根系附近的基质样品。于通风阴凉处自然风干，在陶瓷研钵内磨细，过100目筛，放入自封袋中保存、备用。

苗木取样：在基质中挑选符合该处理组典型生长状况的臭椿植株，用小铲等工具剥去土壤，将植株完整取出，用去离子水洗净，将臭椿分为根、茎、叶三部分。放入烘箱中105℃杀青1小时，然后调至70℃烘至恒重。用粉碎机将根、茎、叶样品粉碎成粉末状。放入自封袋中保存。

重金属元素(as、cd、cu、ni、pb、zn)含量测定：对所采样品用浓硝酸电炉消解，电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定(thermofisher公司，icp-aes6300型)。

植物生物量测定：对所采植物样采用称量法测定干重。

重金属富集系数的计算：富集系数＝植物某部位重金属含量/土壤中该重金属含量。

数据处理

用spss17.0和excel软件对数据进行处理分析。

从下表可知，纯污泥颗粒细，结构紧密，有机质与n、p、k含量高，养分丰富，ec值高表明盐分含量高；而建筑垃圾土颗粒粗，大颗粒(砾石)含量占质量比的20.12％，偏弱碱性，贫瘠，在污泥中混合建筑垃圾土，有利改良基质物理化学性状，增加基质孔隙度，保证透气性和透水性，增加基质养分含量，提高肥力。对污泥与建筑垃圾按合理比例混合，可获得理化性状优良的种植基质。

表1：污泥和建筑垃圾土基质机械组成

表2：污泥和建筑垃圾土基质基本化学性质

不同污泥处理对基质中重金属含量的影响

从图中可以看出，与北京市土壤重金属背景值比较，纯污泥中as、pb含量与土壤背景值差异不大，但cd、cu、ni、zn含量明显高于土壤背景值；建筑垃圾中as、cd、ni、pb含量低于土壤背景值，cu、zn含量则稍高于土壤背景值。参照《土壤环境质量标准》(gb15618-1995)，污泥中zn含量高于三级标准限制值，cd、cu、ni含量达到三级标准，as、cr、pb含量达到一级标准；建筑垃圾中所有重金属含量低，均达到一级标准。随着混合基质中污泥含量的增加，各种重金属元素含量随之明显增加，当污泥含量在60％以下时，所有重金属含量均能达到土壤环境二级标准以上。

不同污泥处理对臭椿生物量的影响

本实施例中污泥处理方式与对照组对臭椿生物量的影响如图1至图4所示。20％和40％污泥含量处理均显著提高了臭椿的地下、地上和整株生物量，与纯建筑垃圾基质比较，整株生物量提高了54.57％以上；而高于40％污泥含量处理则对生物量积累起显著抑制作用，且地下和整株生物量积累的受抑制程度均随污泥含量的上升而增强，60％、80％和100％污泥含量处理则使整株生物量分别降低了19.97％、39.33％和98.48％。显然，当基质中污泥含量达到60％以上时，尽管养分十分丰富，但基质孔隙度不高，透水透气性差，不利于植物根系生长，此外，较高的ec值也对植物生长不利。

不同污泥处理对臭椿重金属含量的影响

不同污泥处理下臭椿根、茎、叶部重金属含量分别见表3、表4、表5。总体上，随着基质中污泥含量的增加臭椿根、茎、叶部重金属含量随之增加，纯污泥处理组植物中重金属吸收最多，如as、co、ni的吸收，达到了其他处理4.7倍以上。而纯建筑垃圾与污泥含量较低的基质中，由于基质自身重金属含量不高，植物中吸收的重金属含量也不高。此外，臭椿对基质中重金属的吸收能力较强，根茎叶等不同器官中重金属含量均同比例增加。

表3不同处理基质中臭椿根部重金属含量(mg/kg)

表4不同处理基质中臭椿茎部重金属含量(mg/kg)

表5不同处理基质中臭椿叶片重金属含量(mg/kg)

臭椿对污泥中重金属的转移与富集

从前文可知，随着污泥含量在混合基质中不断增加，as、cd、cu、ni、pb、zn等重金属含量均随之增加，而臭椿对重金属有很强的吸收能力，因此，可以进一步分析这6种重金属的转移系数和富集系数，了解臭椿对重金属污染土壤的修复能力。

表6、表7为臭椿对污泥和建筑垃圾土混合基质中重金属的转移系数与富集系数。臭椿对不同重金属转移系数与富集系数不同，不同处理中对同种重金属转移系数与富集系数也不同。一般基质中重金属含量高，则臭椿的转移系数和富集系数高，在不同配比混合基质中，重金属转移系数大于1，臭椿地下部和地上部对不同重金属富集系数存在差异，根系和茎等植物的木质部是富集重金属的主体。

表6臭椿在不同处理中的转移系数

表7臭椿在不同处理中的富集系数

从对比数据可以看出，本发明的技术方案中由于臭椿生物量大，对as、cu、pb、zn有一定的转移系数和富集系数，在植物种植前基质的重金属含量符合二级土壤质量标准，在植物生长当年，基质中重金属含量就能达到一级土壤标准。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。