污泥多功能全降解液態(tài)地膜的研制

馬凌雪

摘要：以城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥為原料，生產(chǎn)多功能全降解液態(tài)地膜，既可解決污泥處理難題，有效消除“白色污染”，還可控制揚塵因子，改良土壤，并為農(nóng)民節(jié)支增收，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益共贏。

關鍵詞：污泥處理；全降解液態(tài)地膜；技術；效益

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0067-03

市政污水處理廠的污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的有機質(zhì)、微生物菌膠團等沉淀物質(zhì)，以及污水表面漂浮的浮沫等殘渣，其中含有大量的病原菌、寄生蟲、致病菌和重金屬等?，F(xiàn)有的污泥處理技術主要有填埋、焚燒和堆肥后綜合利用，均不同程度存在弊端：填埋方法由于填埋量大，侵占填埋場資源，滲濾液量大，處理難度大，同時也是重要溫室氣體的排放源；焚燒法熱值低，且會產(chǎn)生二惡英污染，引進技術投資高，國內(nèi)技術尚未成熟；堆肥后綜合利用法主要存在惡臭、滲濾液和外摻物料問題，以及肥效低和重金屬污染問題。因此，如何進一步處理處置污泥，是當今世界環(huán)保領域的重大難題。

1 國內(nèi)外污泥處理的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

20世紀90年代以來，發(fā)達國家已將污泥處置列入環(huán)保工作的重點。主要處置方法有土地利用、填埋、場地表面處理、焚燒等，其處理技術原理是衛(wèi)生填埋，焚燒和熱能利用，好氧、厭氧消化等。其中：衛(wèi)生填埋對設備要求相對簡單，但需要大量的填埋場地和污泥運輸費用，而且容易產(chǎn)生地下水污染和臭氣散逸等二次污染問題；焚燒和熱能利用技術充分利用產(chǎn)生的沼氣建立發(fā)電站，其能源自給率大于50%，但焚燒法的設備成本及運行費用昂貴，易造成大氣污染，且仍殘留三分之一左右的固體量無機物；污泥的土地利用主要包括農(nóng)業(yè)利用、土地改良和園林綠化，是污泥處置的主要途徑之一。國外污泥處理處置方法及綜合利用的總趨勢已經(jīng)由焚燒、干化逐步轉(zhuǎn)化到污泥有效處理后再資源化利用為主導方向。

我國大部分污水處理廠的污泥只經(jīng)過簡單處理后即進行無序堆存或簡單填埋，主要處置方式是脫水后直接進行填埋或農(nóng)業(yè)利用，其中農(nóng)業(yè)利用約占44.8%，陸地填埋約占31.0%，其他處置（包括焚燒）約占10.5%?，F(xiàn)有污水處理廠中有污泥穩(wěn)定處理設施的不到1/4，處理工藝和配套設備較為完善的不到

1/10，且能夠正常運轉(zhuǎn)的為數(shù)不多。

2010年我國污泥產(chǎn)量高達2 850萬t，其中80%的污泥未進行處理，有的露天堆放，有的任意丟棄，更有甚者將污泥用水沖走，致使城市周圍垃圾成山、蚊蠅滋生，造成二次污染和環(huán)境安全隱患，嚴重威脅人類健康，使污水處理變得毫無意義。因此，提升污泥安全處理處置能力是當務之急，研究成熟且能普及的處理技術是重中之重。

2 國內(nèi)外可降解地膜的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

2.1 地膜覆蓋技術的發(fā)展歷程

20世紀中葉，隨著高分子化合物的發(fā)展，日本和歐美發(fā)達國家開始將塑料薄膜應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。用極薄的聚乙烯薄膜取代傳統(tǒng)的稻草、馬糞等覆蓋材料，以達到保水、保肥、增溫的目的，從而形成了塑料薄膜地面覆蓋技術。該技術的增溫、保水、防蟲、防草等功能，帶來了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的改變和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的飛躍。我國于1978年冬通過技術交流自日本引進地面塑料薄膜覆蓋技術。截至2011年底，我國地膜用量達到125.5萬t，覆蓋面積已達0.2億hm2。

但是可增產(chǎn)的地膜也會帶來危害。地膜是由高分子的聚乙烯化合物及其樹脂制成的，具有不易腐爛、難以分解的性能。已有研究結果表明，自然狀態(tài)下殘留地膜能夠在土壤中存留百年以上。這種性能導致殘膜對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境都具有極大的副作用，不僅影響到土壤特性，降低土壤肥力，嚴重的還會造成土壤中水分養(yǎng)分運移不暢，在局部地區(qū)引起次生鹽堿化等。同時，對農(nóng)作物生長也具有危害，主要表現(xiàn)在農(nóng)作物根系生長可能受阻，作物獲得水分養(yǎng)分的能力降低，從而導致產(chǎn)量降低。

2.2 可降解地膜的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

目前世界上解決“白色污染”的途徑主要是回收利用和開發(fā)可降解農(nóng)膜。由于我國普遍使用0.005 mm厚的“超薄膜”，回收起來異常困難，經(jīng)濟上得不償失。因此，對降解地膜產(chǎn)品的開發(fā)與應用，一直是農(nóng)用地膜研究方面的重要課題。日本研發(fā)了以淀粉為主體、加入其他大分子材料制成的BDP生物可降解農(nóng)用地膜，意大利研發(fā)了以殼聚糖為主料生產(chǎn)的可降解液態(tài)地膜等，但因其成本高、價格貴，在我國未能得到推廣應用。

3 污泥多功能全降解液態(tài)地膜技術

衡水碧綠蘭農(nóng)場和衡水市污水處理廠于2004年著手于衡水市污水處理廠的污泥綜合利用工作。于2014年開發(fā)研制出以城鎮(zhèn)污水處理廠污泥為主料生產(chǎn)的多功能全降解液態(tài)地膜，既解決了污泥處理處置和“白色污染”難題，又能變廢為寶，培肥地力，改良土壤，節(jié)約水資源，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.1 技術方案

污泥中加入由水溶解的三氯異氰尿酸構成的滅菌劑除臭滅菌后，再加入腐植酸原粉、無機鹽和水，混合、攪拌、均質(zhì)、研磨，通過反應制成膏狀體構成的母料；取聚丙烯酰胺及其衍生物、木質(zhì)素磺酸鹽和纖維素衍生物構成具有成膜、滲透、分散、螯合和保水性能的子料；使用時用水將子料溶解，加入母料中攪拌制成粥狀體，然后兌水稀釋，即可由噴霧器噴灑形成地膜。

3.2 技術優(yōu)勢

1） 以污泥為主料制備液態(tài)地膜，不僅解決了污泥處理的難題，更主要的是可以變廢為寶。由于污泥中含有大量的有機質(zhì)和氮磷鉀等營養(yǎng)元素，用其做液態(tài)地膜可以大幅度降低生產(chǎn)成本，便于有效推廣和應用；同時，由于用途廣泛、用量極大，使源源不斷產(chǎn)生的城鎮(zhèn)污泥有了好的歸宿，解決了污泥處置難這一世界性難題；并有增溫、保墑、促進作物生長的功效，消除“白色污染”，控制農(nóng)業(yè)揚塵因子，改良土壤，節(jié)約水資源，實現(xiàn)農(nóng)民增收節(jié)支，形成一個循環(huán)經(jīng)濟鏈，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2） 聚丙烯酰胺及其衍生物為高分子長鏈聚合物，具有成膜、絮凝、粘合和吸水性能，作為土壤改良劑、保水劑已廣泛應用于農(nóng)業(yè)。多功能全降解液態(tài)地膜子料使用聚丙稀酰胺及其衍生物、天然高分子化合物腐植酸原粉為原料，可以通過分子團作用，將養(yǎng)分合理釋放，提高養(yǎng)分利用率和植物發(fā)芽率，刺激作物生長，促進根系發(fā)達，增強植物抗旱、抗寒、抗病蟲害等抗逆能力，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)；還可以改良土壤理化特性，提高地溫、透氣性、保水性，有效調(diào)節(jié)土壤酸堿度，解決土壤板結問題，降解土壤中有毒物質(zhì)，幫助礦物質(zhì)分解。

3） 子料中的另一主要原料——木質(zhì)素磺酸鹽和纖維素衍生物都是天然高分子化合物，無毒無臭，使用安全，具有成膜性、保水性。纖維素衍生物可使固體物料分布均勻，木質(zhì)素磺酸鹽可使粉末狀顆粒物粘結，對防治土壤沙化十分有效。

3.3 技術路線

污泥多功能全降解液態(tài)地膜技術路線為：濕污泥→化驗→根據(jù)化驗結果確定超標重金屬，并選擇去除技術使之達到農(nóng)用標準（宜選擇重金屬不超標的城鎮(zhèn)污水廠污泥，可省去這一環(huán)節(jié)）→加除臭消毒滅菌劑，使污泥達到農(nóng)用衛(wèi)生學標準→與天然高分子化合物混合、均質(zhì)、研磨、反應→膠體半成品（母料）+聚丙烯酰胺及衍生物（子料）→使用（將子料加水攪成透明粥狀，倒入等量母料中攪勻，然后加2倍的水稀釋攪拌噴灑）。

3.4 技術指標

主要技術指標見表1。

3.5 產(chǎn)出指標

1） 性能指標達國內(nèi)外先進水平；2） 生產(chǎn)成本降低30%以上。

3.6 效益分析

1） 經(jīng)濟效益。以衡水市污水處理廠為例，日處理量為10.0萬t，在重金屬不超標的情況下，建一個液態(tài)地膜生產(chǎn)分廠或車間，投資約400萬元，年生產(chǎn)能力達2.7萬t，年產(chǎn)值1 080萬，年盈利189萬元。按目前的政策，處理1.0 t濕污泥可補助200元，則實際年收益達549萬元，1 a即可收回投資。

2） 社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。在上例情況下，每年可覆蓋5.9萬hm2土地，可有效抑制5.9萬hm2土地的揚塵污染，減少地面膜使用量2 492 t，為農(nóng)民節(jié)支3 417.6萬元。減少生產(chǎn)塑料地膜石油消耗3.0萬t，節(jié)約塑料地膜生產(chǎn)能耗2 390 t標油，減排二氧化碳30.8萬t。為土地增施有機質(zhì)2 314 t、總氮338 t、總磷89 t、總鉀127 t，而節(jié)約水資源、改良土壤的效用難以估算。

4 結語

多功能全降解液態(tài)地膜的應用與推廣，既能解決污泥處理處置難題，有效消除“白色污染”，還可以控制揚塵因子、改良土壤，并為農(nóng)民節(jié)支增收，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益共贏。

參考文獻

[1] 王剛.國內(nèi)外污泥處理處置技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].環(huán)境工程，2013，31（增刊）：530-533.

[2] 趙燕，李淑芬，吳杏紅，等.我國可降解地膜的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（23）：105-107.

[3] 戈進杰.生物降解高分子材料及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[4] 王聰慧，張潔，李俊紅，等.液態(tài)地膜應用技術研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2006（14）：3 289-3 290.

Abstract： This article introduces the producing of multifunctional degradable liquid mulching film which uses the sludge from municipal sewage treatment plant as raw material. This way can solve the problem of sludge treatment， effectively eliminate "which pollution"， and also can control dust factor， improve the soil， can saving money for farmers， fulfill economic benefit， social benefit and ecological benefit all-win.

Key words： sludge treatment； degradable liquid mulching film； technique； benefit

3） 子料中的另一主要原料——木質(zhì)素磺酸鹽和纖維素衍生物都是天然高分子化合物，無毒無臭，使用安全，具有成膜性、保水性。纖維素衍生物可使固體物料分布均勻，木質(zhì)素磺酸鹽可使粉末狀顆粒物粘結，對防治土壤沙化十分有效。

3.3 技術路線

污泥多功能全降解液態(tài)地膜技術路線為：濕污泥→化驗→根據(jù)化驗結果確定超標重金屬，并選擇去除技術使之達到農(nóng)用標準（宜選擇重金屬不超標的城鎮(zhèn)污水廠污泥，可省去這一環(huán)節(jié)）→加除臭消毒滅菌劑，使污泥達到農(nóng)用衛(wèi)生學標準→與天然高分子化合物混合、均質(zhì)、研磨、反應→膠體半成品（母料）+聚丙烯酰胺及衍生物（子料）→使用（將子料加水攪成透明粥狀，倒入等量母料中攪勻，然后加2倍的水稀釋攪拌噴灑）。

3.4 技術指標

主要技術指標見表1。

3.5 產(chǎn)出指標

1） 性能指標達國內(nèi)外先進水平；2） 生產(chǎn)成本降低30%以上。

3.6 效益分析

1） 經(jīng)濟效益。以衡水市污水處理廠為例，日處理量為10.0萬t，在重金屬不超標的情況下，建一個液態(tài)地膜生產(chǎn)分廠或車間，投資約400萬元，年生產(chǎn)能力達2.7萬t，年產(chǎn)值1 080萬，年盈利189萬元。按目前的政策，處理1.0 t濕污泥可補助200元，則實際年收益達549萬元，1 a即可收回投資。

2） 社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。在上例情況下，每年可覆蓋5.9萬hm2土地，可有效抑制5.9萬hm2土地的揚塵污染，減少地面膜使用量2 492 t，為農(nóng)民節(jié)支3 417.6萬元。減少生產(chǎn)塑料地膜石油消耗3.0萬t，節(jié)約塑料地膜生產(chǎn)能耗2 390 t標油，減排二氧化碳30.8萬t。為土地增施有機質(zhì)2 314 t、總氮338 t、總磷89 t、總鉀127 t，而節(jié)約水資源、改良土壤的效用難以估算。

4 結語

多功能全降解液態(tài)地膜的應用與推廣，既能解決污泥處理處置難題，有效消除“白色污染”，還可以控制揚塵因子、改良土壤，并為農(nóng)民節(jié)支增收，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益共贏。

參考文獻

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[3] 戈進杰.生物降解高分子材料及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[4] 王聰慧，張潔，李俊紅，等.液態(tài)地膜應用技術研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2006（14）：3 289-3 290.

Abstract： This article introduces the producing of multifunctional degradable liquid mulching film which uses the sludge from municipal sewage treatment plant as raw material. This way can solve the problem of sludge treatment， effectively eliminate "which pollution"， and also can control dust factor， improve the soil， can saving money for farmers， fulfill economic benefit， social benefit and ecological benefit all-win.

Key words： sludge treatment； degradable liquid mulching film； technique； benefit

3） 子料中的另一主要原料——木質(zhì)素磺酸鹽和纖維素衍生物都是天然高分子化合物，無毒無臭，使用安全，具有成膜性、保水性。纖維素衍生物可使固體物料分布均勻，木質(zhì)素磺酸鹽可使粉末狀顆粒物粘結，對防治土壤沙化十分有效。

3.3 技術路線

污泥多功能全降解液態(tài)地膜技術路線為：濕污泥→化驗→根據(jù)化驗結果確定超標重金屬，并選擇去除技術使之達到農(nóng)用標準（宜選擇重金屬不超標的城鎮(zhèn)污水廠污泥，可省去這一環(huán)節(jié)）→加除臭消毒滅菌劑，使污泥達到農(nóng)用衛(wèi)生學標準→與天然高分子化合物混合、均質(zhì)、研磨、反應→膠體半成品（母料）+聚丙烯酰胺及衍生物（子料）→使用（將子料加水攪成透明粥狀，倒入等量母料中攪勻，然后加2倍的水稀釋攪拌噴灑）。

3.4 技術指標

主要技術指標見表1。

3.5 產(chǎn)出指標

1） 性能指標達國內(nèi)外先進水平；2） 生產(chǎn)成本降低30%以上。

3.6 效益分析

1） 經(jīng)濟效益。以衡水市污水處理廠為例，日處理量為10.0萬t，在重金屬不超標的情況下，建一個液態(tài)地膜生產(chǎn)分廠或車間，投資約400萬元，年生產(chǎn)能力達2.7萬t，年產(chǎn)值1 080萬，年盈利189萬元。按目前的政策，處理1.0 t濕污泥可補助200元，則實際年收益達549萬元，1 a即可收回投資。

2） 社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。在上例情況下，每年可覆蓋5.9萬hm2土地，可有效抑制5.9萬hm2土地的揚塵污染，減少地面膜使用量2 492 t，為農(nóng)民節(jié)支3 417.6萬元。減少生產(chǎn)塑料地膜石油消耗3.0萬t，節(jié)約塑料地膜生產(chǎn)能耗2 390 t標油，減排二氧化碳30.8萬t。為土地增施有機質(zhì)2 314 t、總氮338 t、總磷89 t、總鉀127 t，而節(jié)約水資源、改良土壤的效用難以估算。

4 結語

多功能全降解液態(tài)地膜的應用與推廣，既能解決污泥處理處置難題，有效消除“白色污染”，還可以控制揚塵因子、改良土壤，并為農(nóng)民節(jié)支增收，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益共贏。

參考文獻

[1] 王剛.國內(nèi)外污泥處理處置技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].環(huán)境工程，2013，31（增刊）：530-533.

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[3] 戈進杰.生物降解高分子材料及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[4] 王聰慧，張潔，李俊紅，等.液態(tài)地膜應用技術研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2006（14）：3 289-3 290.

Abstract： This article introduces the producing of multifunctional degradable liquid mulching film which uses the sludge from municipal sewage treatment plant as raw material. This way can solve the problem of sludge treatment， effectively eliminate "which pollution"， and also can control dust factor， improve the soil， can saving money for farmers， fulfill economic benefit， social benefit and ecological benefit all-win.

Key words： sludge treatment； degradable liquid mulching film； technique； benefit