书城科普读物探索未知-垃圾与环境
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第9章 其他垃圾的处理(1)

除了上述的工业、矿业、城市生活垃圾之外,其他种类的垃圾相对占有的比例要小很多,所产生的影响也相对有限。农业废弃物、污泥虽然总量也有不少,但是大多数可以进行无害处理,不能全部算作垃圾;放射性固体废物产量很小,现阶段能够影响的范围相当有限。

农业废弃物

农业生产、农产品加工和农村居民生活排出的废弃物品。可分为:①农田和果园残留物,如秸秆、残株、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树枝和其他废物;②牲畜和家禽粪便以及栏圈铺垫物等;③农产品加工废弃物;④人粪尿以及生活废弃物。

大型畜牧场和以舍饲方式大规模饲养家禽家畜的场所都排放大量的粪便以及畜栏、禽舍的铺垫物,如果注意农牧业结合,就可成为一项重要的有机肥源;如果不加处理排入环境,就会污染环境。例如未经处理的粪便排入江河湖泊,会使水质污浊,生化需氧量(BOD)负荷增加,形成厌氧腐化或富营养化现象,威胁鱼类、贝类和藻类的生存;也会传染疾病,影响居民健康。如果灌溉用水受到农业废弃物的严重污染,会使水中的氨氮和蛋白氮含量过高,从而造成水稻徒长、倒伏、晚熟或不熟;此外,还可能使地下蓄水层中有过量的硝酸盐,或者使周围环境孳生大量苍蝇和其他害虫。

农业秸秆可制取沼气和成为农用有机肥料,也是饲养牲畜的粗饲料和栏圈铺垫料。将禽畜粪便和栏圈铺垫物,或将切碎的秸秆混掺以适量的人畜粪尿作高温堆肥,经过短期发酵,可大量杀灭人畜粪便中的致病菌、寄生虫卵,各种秸秆中隐藏的植物害虫以及各种杂草种籽等,然后再投入沼气池,进行发酵,产生沼气。这种处理方法既能提供沼气燃料,又可获得优质有机肥料;粪肥经过密封处理,还可以防止苍蝇孳生。这种处理方法,在中国农村已经广泛应用,并受到世界各国的重视。蚯蚓含蛋白质丰富,是家禽、鱼类的优质饲料,蚯蚓粪是综合性的有机肥料。可以把农业秸秆、禽畜粪便及其铺垫物作为蚯蚓食料,推广蚯蚓人工养殖业。

农产品加工产生的废弃物,大多也可以综合利用,如肉食加工工业的废弃物可用以生产皮革制品、肥皂、动物胶、生物药剂、羽绒、骨粉等。农田和果园有些残留物是生产皱褶纸板、软质纤维板和纸张的原材料,可用以制造纤维板、造纸以及进一步利用木质素、纤维素等制造化工产品。农业废弃物的利用,大有可为。

生态农场

根据生态学的理论,充分利用自然条件,在某一特定区域内建立起来的农业生产体系。在这个系统内,因地制宜合理安排农业生产布局和产品结构,投入最少的资源和能源,取得尽可能多的产品,保持生态的相对平衡,实现生产全面协调的发展。

20世纪60年代以来,英国、美国、日本、菲律宾和印度等国,相继建立了一些典型的生态农场,取得了很好的综合效益。中国从20世纪70年代开始研究并建立了几个不同类型的、试验性的生态农场。

特点生态农场的特点主要是:(1)因地制宜。生态农场是建立在合理和充分利用当地自然资源和自然条件基础上的。在不同区域范围内,只有对当地特点进行全面的调查和分析,才能建立起最佳的生态农场。(2)综合性。生态农场与普通农业生产系统的区别,主要在于前者是通过能源利用和经济效益的综合规划来提高生产率的,从而避免了对自然资源的过度消耗和对生态平衡的破坏。(3)稳定性。包括营养物质和能量平衡的相对稳定和经济效益稳定增长两重含义。营养物质在整个生态系统中的流动是一种循环运动,对于某一特定范围内的生态农场,要尽量把生态平衡维持在一个较好的稳定状况。某一特定范围的生态农场能量都是由太阳提供的,因此,应尽量利用太阳能,使能量在农场中维持一个稳定的输入和输出。农场经济效益的稳定增长是建立在对营养物质和能量动态平衡计算的基础上的。因此,应对多目标的投入、产出与循环进行成本效益分析,选取经济效益最优化方案,据以指导农、林、牧、副、渔及其加工工业的生产,达到系统产出的经济效益稳定增长的目的。

国外较好的典型是菲律宾马尼拉附近的马亚农场,这是一个既有农业、林业,又有猪、牛、鸭、鱼等养殖业和各种食品加工业的农-工综合农场。整个农场占地36公顷,除了农业和林业以外,饲养猪25 000头,牛70头,鸭10 000只。农场有面粉加工厂、肉类加工厂和罐头厂各一座。农作物的秸秆、林业的树叶、面粉加工厂的麸皮、肉类加工厂的下脚料作为牛和猪的饲料,畜粪送往沼气池,产生的沼气用于发电和作为燃料。沼气池中的残渣经处理后分别作饲料和肥料。这既控制了有机废物对环境的污染,又给农场带来了很大的经济效益。

污泥

污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质,包括从废水中分离出来的固体杂质、悬浮物质、胶体物质。

污泥中含有毒或有害物质,但多种类型的污泥都含有植物所需的肥分及其他有用物质。因此,污泥的处理和利用是废水处理中一个十分重要的问题。有些国家对城市污水处理所产生的污泥,已有多年的处理历史。中国开始注意污泥的处理和利用问题也已经有一段时间了。

污泥中含有下述物质:①水分:污泥的含水率也称污泥的湿度。一般从初次沉淀池中排出的污泥含水95%左右,二次沉淀池或生物处理构筑物中排出的污泥含水为96%~99%。含水率大,不利于处理。②挥发性物质和灰分:前者是有机杂质、后者是无机杂质,都以污泥干重中所占百分比表示。③病原体:生活污水、医院污水、食品工业废水和制革工业废水等的污泥中都含有大量细菌、病毒和寄生虫卵。④有毒物质:如氰、汞、铬或某些难分解的有毒有机物。

污泥处理的主要目的是:减少水分,为后续处理、利用和运输创造条件;消除污染环境的有毒有害物质;回收能源和资源。城市污水的污泥在处理过程中含水率城市污水的污泥在处理过程中含水率。

污泥的处理方法包括污泥浓缩、污泥消化、污泥脱水(干化)、污泥干燥、污泥焚烧等方法,以及最终处理。污泥浓缩是使污泥初步脱水,缩小污泥体积,为后续处理创造条件。浓缩方法包括重力浓缩法、上浮浓缩法,前者采用较多。污泥消化是通过生物作用促使污泥中的有机物质稳定化。消化方法有需氧消化法和厌氧消化法。污泥脱水(干化)是将污泥含水率降至80%以下的操作过程。习惯上把用机械法减少水分称为脱水,把用自然蒸发法减少水分称为干化。为加速脱水有时先向污泥中投加絮凝剂,称为污泥调节。污泥干燥是将脱水后的污泥加热,进一步降低含水率,缩小体积,同时可杀灭一些病原体和去除一些有害物质,以便加以利用。污泥焚烧是将无法利用的干燥污泥进行焚烧,以彻底消灭有机物和病原体。如焚烧灰中仍含有重金属离子等有害物质,要作最终处理,如深埋、投入海洋等。一般极少进行最终处理,而是在处理过程中随时利用。如污泥干化后直接用作农肥或制造建筑材料。

污泥的利用,有下列几个方面:

(1)用作农肥:污泥经过浓缩,或再经过消化后,可直接用作农肥,有显著的肥效。但污泥中重金属离子等有害物质的含量应在容许范围内,以防污染土壤和污染水体。为此,要检测污泥成分,规定施加量及其他必要的控制方法。美国1974年规定用作农肥的污泥中某些金属的最大含量,按每克干污泥计算,镉为10微克,铜为1000微克,汞为10微克,镍为200微克,铅为1000微克,锌为2000微克。

(2)制取沼气:污泥厌氧发酵过程产生的沼气可以作为能源。如用于发电,为污水处理厂提供动力。也可利用沼气制取四氯化碳。

(3)制作建筑材料:某些工业废水的污泥和沉渣中一些成分可制造建筑材料。如用电石渣中和含硫酸废水可生成石膏;生产硫酸过程排出的工业废水沉渣,加树脂及其他添加剂可混炼成型,加工成塑料制品;活性污泥加木屑、玻璃纤维可压成纤维板;活性污泥掺入粘土制坯,可烧结成砖;污泥焚烧后掺加粘土和硅砂可以制砖等。

(4)其他用途:污泥蛋白部分可制饲料,如原德意志联邦共和国用净化污泥生产饲料每年达1600吨。但须注意污泥中的有毒物质和重金属产生的有害影响。另外,还可以从污泥中提取维生素B12、胡萝卜素、硫胺、菸酸等化学药剂,但目前还没有经济价值。用污泥制活性炭也在研究中。

一、污泥消化

污泥处理的一种方法。在人工控制下,通过微生物的代谢作用使污泥中的有机物质稳定化。

废水处理过程中产生的以有机物为主要成分的、未经处理的污泥,称生污泥或新鲜污泥。生污泥呈胶状结构,不易脱水;其中所含氮、磷、钾成分呈有机态,不易为植物所吸收。生污泥中的有机物质极不稳定,容易腐化发臭。有的还含有病原菌和寄生虫卵,容易传播疾病。因此,一般需在初步浓缩后再经消化处理。

污泥消化方法有需氧消化法和厌氧消化法两种,是分别利用需氧微生物和厌氧微生物的代谢作用使污泥稳定化。

污泥的需氧消化法是在不提供新鲜的营养物质的前提下对污泥进行曝气。随着污泥中原有营养物质的不断减少,微生物细胞逐步被氧化,污泥中的微生物就进入内源呼吸阶段。其中一部分微生物细胞被氧化成二氧化碳、氨和水,同时释放出能量作为另一部分微生物合成新细胞的能源。此法消耗动力大,费用高。

污泥的厌氧消化法分为两个阶段:酸性阶段和碱性阶段。第一阶段,微生物将复杂的有机物(如蛋白质、脂肪和碳水化合物)分解成为有机酸、醇类、二氧化碳、氨、硫化氢及其他一些硫、磷化合物等。此阶段中,由于有机酸的大量累积,pH值迅速下降到7以下,污泥呈酸性,故称为酸性消化阶段。参与的细菌称为产酸菌。污泥经酸性消化后,呈粘滞状态,仍不易脱水,总体积缩小不多,并有恶臭。在这个阶段后期,由于所产生的氨的中和作用,pH值又逐渐上升,致使另一些统称为甲烷菌的微生物开始活跃起来,分解有机酸和醇类,产生甲烷和二氧化碳,开始了第二个消化阶段。随着甲烷菌的迅速繁殖,有机酸因被分解而迅速减少,pH值很快上升到7以上,污泥变为碱性,称为碱性消化阶段。消化后的污泥称消化污泥或熟污泥。熟污泥体积显著缩小,呈黑色粒状结构,易脱水,性质稳定,卫生状况有了改善,可作农田肥料。消化过程中产生的沼气,可收集起来作为能源。

影响污泥厌氧消化的主要因素有:

(1)温度:温度不仅影响厌氧消化的速度,而且影响厌氧消化的深度。厌氧消化过程一般可按温度分为三种类型。温度为5℃~15℃,称低温消化;温度为30℃~35℃,称中温消化;温度为50℃~55℃,称高温消化。温度与消化时间的关系表示温度与消化时间的关系。由可见,温度的高低决定消化进程的快慢。温度对沼气产量也有影响。在一定的温度范围内,产气量随温度的升高而增加;但当温度升到某一定值时,产气量就下降了。实践证明,高温消化的产气量只略高于中温消化。高温消化几乎可以杀死污泥中的全部病原菌和寄生虫卵,而中温消化只能杀死其中的一部分。低温消化效率太低,但高温消化操作管理复杂,加热费用高,所以一般都采用中温消化。

(2)投配率:即每天投入消化池内的生污泥量占池内原有熟污泥量的百分率。投配率的大小直接影响池内污泥的pH值和消化速度。投配率小,污泥消化速度快而充分,产气量高,消化经常维持在碱性阶段,但要加大消化池体积。投配率大,则使消化速度减慢,造成中间产物有机酸的累积,pH值的下降。这种状况有可能抑制甲烷细菌的生长,使消化经常处于酸性阶段,破坏正常的消化过程。最适合甲烷细菌生长的pH值为7.2~7.6,因此,一般消化池都控制在偏碱性条件下运行。如发生异常情况,pH值下降到6.6以下时,可投加碱性化合物,如石灰,调整污泥的pH值,以恢复正常运行。实践证明,生活污水和水质相近的工业废水的污泥,投配率一般以6%~12%为宜。

(3)生熟污泥的混和程度:投入的生污泥与池内熟污泥的充分混和,造成全池各部分的物料和消化条件(如温度、pH值等)均匀一致,既可保证消化池经常处于偏碱性条件,又可缩短培养微生物的时间,加速消化过程,提高沼气产量。

(4)厌氧条件:甲烷菌属厌氧性微生物,因此要求消化池密封,隔绝空气,保证厌氧菌的正常活动和消化池的安全运行。

此外,污泥的组成、污泥含水率和有毒物质浓度对消化过程也有影响。

污泥经消化后性质比较稳定,不易再腐化,一般经脱水后直接作为农肥,或作他用,或焚烧作最终处理。

污泥厌氧消化的构筑物可用化粪池、双层沉淀池或消化池,一般用消化池。消化池多为圆形,直径一般为6~35米,池壁高5~15米,池底为圆锥形,底坡25%左右。池盖有固定式和浮动式两种。池盖上设有检修口、集气管等装置。浮动池盖可随污泥面升降,保证池内压强高于大气压,防止空气侵入池内形成可爆混和气体而引起消化池爆炸。消化池还装有各种管道。

生污泥的温度一般都比较低,要维持中温消化所需的温度,通常采用人工加热措施。加热方法有蒸汽加热、盘管加热和热水加热等。目前多采用蒸汽加热,即把低压蒸汽(温度为110℃~120℃,压强为20牛/厘米2)直接喷入池内,加热搅拌污泥。池内盘管加热易在盘管外壁形成泥垢,如不及时清除,会降低导热性能,影响加热效果。为此,可在池外用热交换器加热污泥。热水加热效率低,一般只用于小型消化池。

为了使生熟污泥充分混和,在消化池内装有搅拌设备。搅拌方法分机械搅拌法、循环污泥法和循环沼气法三种。机械搅拌一般用螺旋搅拌设备,效率高,但检修困难。循环污泥法简单可靠,但效率低。沼气循环法是近年来采用的新方法,效率高,并可促进甲烷菌的生长,加速消化过程。这种方法是将消化池产生的部分沼气经压缩机加压后,从池底部的扩散装置喷入池中搅动污泥。