江苏省南京市浦口区八里庄有一大片废弃的采石场,从两年前的卫星遥感图片上看,这里的宕口就像是刻在土地上的"疤癞",光秃秃一片。日前,记者再次来到这里,高羊茅、刺槐、铺地柏、栾树、狗牙根、木豆、多花木兰等枝繁叶茂,满目葱茏。原因在于,由南京市环境保护科学研究院承担的"城市污水处理厂污泥用于宕口生态恢复"示范项目在此落地,开创了我国城市污水处理厂污泥的资源化应用及矿山废弃地宕口生态修复的全新模式。
废弃矿山怎么修复?
光秃秃的宕口湿哒哒的污泥,生态难以言说的痛
满目疮痍的八里庄废弃采石场宕口并不是个案。据统计,自国家重点整治非法采矿以来,仅南京市遗留下来的废弃露天矿山宕口就有170余处。这样光秃秃的宕口,几乎在每条进出南京的高速公路边都可见到,视线所及,犹如长在青山绿水上的"疤瘌"。随着城乡生态建设工作不断推进,南京提出,所有宕口必须逐步恢复植被。但破坏容易恢复难,想要在裸露的岩石上恢复绿色植被,首先需要解决的就是绿色植被生长的根基——土壤来源问题。正是这一难题的制约,南京市目前的宕口植被恢复率仅为20%左右,距离80%的生态市建设要求仍有很大差距。
与此同时,随着城市环保基础设施不断完善,各地污水处理厂的污泥处置问题越来越紧迫。据了解,我国城市污水处理厂基本都没有严格有效的污泥安全处置系统,绝大多数都是将污泥和生活垃圾一起简单填埋堆放,有些送到发电厂焚烧,前者给当地生态环境带来了极不安全的隐患,后者成本较高,工艺复杂。
江苏省已建成并投运的城镇污水处理厂达到了234座,形成了日处理725万吨污水的能力,全省每天产生的污泥多达3.7万吨。已有700多万人口的南京,城市污水日处理能力已经超过100万吨。未来3年,还将完成20座污水处理厂的新建,随之而来的污泥问题也日益严峻。因此,污泥如何安全处置,已经刻不容缓。
废弃地植被恢复为啥难?
废弃地有机质含量低,恰好可以利用污泥中的有机物质
针对上述问题,南京市科技局和环保局适时推出了"城市污水处理厂污泥用于宕口生态恢复"的实验和示范工程研究,经过两年多的时间,已取得具有很强推广价值的创新性突破。
负责这项研究的南京市环境科学研究院副院长卜现亭告诉记者,矿山废弃地植被恢复进度和见效都很慢的最大难点在于废弃地有机质含量较低,而污泥中的所谓有害物质,实际上含有大量的有机物和能够促进植物生长的氮、磷、钾营养成分以及Ca、Cu、Zn、Fe等其他微量元素。如果放错了地方就是令人讨厌的污染物;如果变废为宝,就会成为植物生长的重要营养来源。将无害化、稳定化处理后的城市污水处理厂污泥科学施用于矿区植被恢复,不仅可以解决污泥的出路,还可以改善矿区土壤结构以及物理化学特征,增加土壤的肥力,加快"寸毛难生"的宕口贫瘠土壤腐殖质层的产生和熟化。
不过,想要让这些污泥发挥作用,必须对其实施无害化处理。因此,科研人员从南京典型污水处理厂污泥的理化性质、重金属含量、营养指标比较分析入手,开展污泥的稳定化研究。他们花了一年多时间,分别将城市污泥与秸秆、药渣等多种组合进行筛选、优化,逐步形成了几种较合理的配方,并有针对性地对不同配方开展植物毒性试验、肥效分析,还就其土壤理化性质、不同植物生长及影响等方面进行综合实验研究,最后确定最佳土壤配比方案。与此同时,科研人员还对宕口如何使用污泥生态恢复的工程技术方法进行试验。他们根据污泥以及林地、草地的不同类型和特点,研究制定出了配土方案、喷播施工方案、植物选择与配置、水土保持措施等一整套较为完善的技术方法。
根据试验宕口统计,这一生态恢复示范工程每平方米可利用0.12吨污泥。照此计算,我国大量亟须生态恢复的矿山"不毛之地",不仅将可以消化掉我国目前以及今后所有的污水处理厂的污泥,实现废物的无害化、资源化,还将加速废弃矿山的植被复垦进程,使废弃矿山生态恢复步入良性循环。
如何实现污泥的无害化?
污泥和秸秆药渣混合,添加发酵菌液后,可以实现稳定处理
那么,如何实现污泥的无害化呢?据负责这一课题的南京市环境科学研究院工程所所长府灵敏介绍,如果直接将未经处理的污泥施用于土地上,存在二次污染的隐患。这主要是因为,城市污水处理厂污泥经过脱水处理后仍含有75%~85%的水分,还通常含有50%以上的有机物,极易腐败,并产生恶臭,因此需要进行稳定化和无害化处理,这是决定污泥能否资源化有效利用的关键步骤。
用于此次试验宕口植被恢复工程的污泥,取自南京市日处理能力为64万吨的江心洲污水处理厂污泥脱水车间。为使污泥中有毒有害物质及病原微生物含量达到国家限制标准,科研人员选用农作物秸秆和中药厂药渣作为辅料,在添加了发酵菌液后,对污泥进行稳定处理。经过21天的堆肥发酵处理后,原本黑色、大聚团成块状的新鲜污泥已经呈现褐色的疏散结构,其间夹杂着大量白色的菌丝,原本几米之外就能闻到的恶臭,已经被微微的腐殖气息所取代。
经检测分析,污泥中原有的病原菌、寄生虫卵几乎全部被杀死,挥发性成分减少,可以达到《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》中污泥稳定化处理要求,完全可以满足污泥林地利用的安全条件。
从研究报告上看,经过处理后可用于矿区地表的城市污水处理厂污泥比一般有机肥肥力更高,其有机质含量为31.4%,远高于猪厩肥25%的含量和20%的标准限量,氮、磷、钾含量也远远超过猪、马、牛等农家肥的含量,完全能够满足绿化用泥的要求。虽然经分析,这一试验绿化林地中的乔灌木体内重金属含量相对于其他森林植物高,但不影响植物正常生长,且避开了人的食物链,不会产生对周边环境和人体直接危害的威胁。
污泥产业化如何构建?
和矿山废弃地恢复工作结合起来,经济和生态价值凸显,推广应用前景广阔
现在,我国的污泥处置多以焚烧和填埋为主,若将污泥作为林业土壤基质并产业化,可以节约大量运输成本和焚烧费用。仅以南京江心洲污水处理厂每年30多万吨污泥为例,焚烧处置费为每吨140~250元,每年将需要4500万~7500万元。而如果污泥用于废弃地的土壤改良,将大大节约污泥处置费用。此次研究的污泥处置费用约为每吨60元,宕口植被恢复工程约120元/平方米,综合性价比高。如果污泥制肥进入产业化阶段,针对不同的用途,配制成不同的基质,形成产业链,将可能产生更大的市场价值。
此外,这一研究成果不仅对改善矿山土壤环境、改良矿山废弃地生态环境具有积极作用,还可以有效解决污泥的二次污染问题。
我国矿山废弃地的恢复工作开始于上世纪50年代末,但由于社会、经济和技术等方面的原因,直到80年代仍处于零星、分散、小规模、低水平的步履维艰状态。全国范围内矿山废弃地生态恢复的任务十分艰巨,这与恢复植被无土可用、成本居高不下的难题密切相关。
南京市环科院这一研究成果所建立的城市污水处理厂污泥处理处置与宕口生态复绿工程有机结合的环境生态体系模式,有效地改变了宕口恢复植被依靠购买熟土的旧有模式,把城市污泥这一"固体废弃物"改良成为适合生态复垦的土壤,增加了林业经济的土地资源。
