城市污泥改良沙漠化土壤分析

研究生试卷

2018年—2019年度第一学期

生态工程学课程论文题目：城市污水厂污泥改良沙漠化

课程名称：生态工程学评分：_________ 专业：环境科学与工程年级：研一

研究生姓名: 杨雪莲学号：********** 任课教师姓名：陈爱侠

城市污水厂污泥改良沙漠化

1选题背景

1.1沙漠化

上世纪60 年代以来，受人类活动和气候变化的影响，我国北方地区草原和绿洲出现大面积的退化和沙化，并引起沙暴频发等一系列生态环境问题，对我国北方生态安全和社会经济可持续发展构成严重威胁。第五次全国荒漠化和沙化监测结果表明，中国荒漠化土地面积为261. 2 ×104km2，约占我国土地面积的27. 2% ，全国因风蚀沙化每年损失土壤有机质、氮素和磷素高达5590万t[1]。日益严重的土地沙漠化，导致土地生产潜力衰退、生产力低下、草场质量下降、自然灾害加剧，由此每年因沙漠化所带来的直接经济损失约65亿美元。沙漠化是我国北方草原区存在的突出环境问题之一，为有效遏制风沙危害和保护沙地生态环境，通过以植被重建为主要措施的生态恢复与重建工程，可有效缓解区域沙漠化，促进沙地生态恢复。目前对于沙漠化土地治理主要采用建立大型固沙防护林带的方式，但却没有解决沙化土壤生态修复所需的营养源等问题，沙漠化的土质情况也没有得到有效改善[4]。在沙地生态修复过程中，改良沙地土壤发挥着至关重要的作用，影响修复效果的关键因素之一是增加土壤肥力和土壤持水力。

1.2城市污泥处理

我国污泥产量逐年加大，且污泥妥善处理处置率很低。统计数据显示，2010年美国16000座污水处理厂年产污泥量为8.19×106t（以干污泥计），是污泥产生量最大的国家；欧盟国家年产污泥量为6.5×106t(以干污泥计)。目前，世界上年产污泥总量已1.0×108t(以干污泥计）。我国在2000-2010年期间，城市污水处理率由34.3%增至81.2%，污泥产量也由2.27×106t/a增加到7.33×106t/a。研究发现，以污泥含水率80%计算，到2020年污泥产量将突破年6×107t[2]。城市污泥作为污水生物处理过程中产生的副产物，是由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物和无机物组成的集合体，但污泥中富含氮、磷和植物必须的微量元素，使污泥成为一种极具潜力的肥料；富含的有机物和污泥脱水车间投加的PAM(聚

丙烯酰胺是一种线状的有机高分子聚合物，同时也是一种高分子水处理絮凝剂产品，专门可以吸附水中的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团，并且加快了沉淀的速度。这一过程称之为絮凝，因其中良好的絮凝效果PAM作为水处理的絮凝剂并且被广泛用于污水处理)等药剂，又使得污泥成为一种极具潜力的土壤改良剂[3]。但城市污泥中含有重金属、有机污染物及病原菌等有害物质，直接用于退化沙地生态修复可能具有一定的生态环境风险。

鉴于上述城市污泥的资源化利用与沙化土壤的亟待修复的双重问题，利用城市污泥改良退化的沙地土壤，一方面可消耗大量的城市污泥，避免环境污染，另一方面可改良土壤结构，促进植被生长，改善沙化土壤的环境质量。因此，本课题的研究为城市污泥的资源化利用寻找到新的途径，并提出其应用的可行性，也为退化沙地土壤的改良提出新的思路，对我国生态环境的可持续发展具有积极的意义。随着国家“十三五”规划的出台及“水十条”、“土十条”的颁布，污水厂污泥处理处置问题和土壤沙漠化等环境问题将会越发凸显，但目前利用污泥治理沙漠化土壤的研究相对较少，关于对比量化污泥施用对沙漠化土壤改良效果的研究也相对匮乏，导致我国目前在污泥进行沙漠化土壤改良过程中缺乏具有借鉴意义的技术参数和工程经验[5]。

2案例分析

2.1《城市污水处理厂污泥对沙漠化土壤的改良效果》

2.1.1材料与方法

试验沙土于2016年4月取自辽宁省昌图县福德店荒漠化土壤0—20cm 土层，污泥取自抚顺三宝屯污水处理厂污泥离心脱水车间。钾、铵、氮含量分别为2.783，34，0.81mg/kg，沙土容重、土粒密度、孔隙度分别为0.81g/cm3，2.62g/cm3，47%。污泥含水率、pH值和有机质分别为80.3%，7.21，664g/kg，总氮、总磷、全钾

含量分别为35.84，14.13，2.27g/kg污泥中重金属含量分Cu(117mg/kg)，

Zn(395mg/kg)，Pb(36mg/kg)，Cr(398mg/kg)，Ni(170mg/kg)，Cd（0.92mg/kg）对沙土土质和污泥泥质的相关指标进行检测，结果表明：试验用沙土为中性土壤，含水率及有机物含量极低，土壤紧实，孔隙度较小，磷、钾等营养元素匮

乏。试验用污泥含水率为80.3%，超过《城市污水处理厂土地改良用泥质》

GB/T25600-2009规定的65%限值，但沙漠降雨量少，其土壤含水率极低；因此施加离心脱水污泥用作沙漠土壤改良，在有效提升沙漠土壤含水率方面较含水率小于65%的污泥更具优势。试验用污泥有机物含量是试验沙土的150多倍，氮、磷含量均较高，是极好的土壤肥料来源，总钾含量亦比沙地土壤含量高，能在一定程度的补充土壤钾素。污泥中Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr等重金属含量均低于《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)中规定限值。

2.1.2试验方法

本试验将离心脱水污泥直接作为土壤改良剂和肥料与沙土充分掺混，使掺杂后土壤中污泥（湿重计）含量分别为5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%掺杂后土壤一部分装入已称重的500ml烧杯中，使得各烧杯中改良沙土质量均为500g；另一部分改良沙土，当日测量土壤初始含水率、有机物含量。一周后测量土壤饱和含水率、土粒密度、土壤容重、营养元素等相关指标。烧杯中改良沙土统一置于干燥环境，避免灰尘和明水进入其中，每隔一段时间测量烧杯中总质量；通过土壤原始含水率和烧杯质量，计算出不同掺杂比土壤的水分散失量和其含水率。为与正常耕作土壤对比，分别在校园内的自然土壤(1﹟)田地(2﹟)草地(3﹟)采集3种不同土壤作为对照组，与上述试验平行进行。文中所有数据均为3组平行重复测定的平均值。

2.2实验数据与分析

2.2.1理化性质分析

将离心脱水污泥与沙土充分掺混，掺杂后土壤视为改良沙土，其污泥（湿重计）投加量分别为5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%。土壤改良后通过比重瓶法、环刀法测定土粒密度、土壤容重、孔隙度等，并以原始沙土、校园自然土壤(1﹟)田地(2﹟)草地(3﹟)内土壤平行对比，因改良沙土在改良过程被充分掺混扰动，平行对比土壤采集过程中也需通过充分扰动。改良沙土与对比土壤的物理性质测定结果见表1。