污泥多功能全降解液態地膜的研制

馬凌雪

摘要：以城鎮生活污水處理廠污泥為原料，生產多功能全降解液態地膜，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，并為農民節支增收，實現經濟效益、社會效益和生態效益共贏。

關鍵詞：污泥處理；全降解液態地膜；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生的有機質、微生物菌膠團等沉淀物質，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。現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，且會產生二惡英污染，引進技術投資高，國內技術尚未成熟；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，是當今世界環保領域的重大難題。

1 國內外污泥處理的現狀與發展趨勢

20世紀90年代以來，發達國家已將污泥處置列入環保工作的重點。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生填埋，焚燒和熱能利用，好氧、厭氧消化等。其中：衛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生的沼氣建立發電站，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業利用、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由焚燒、干化逐步轉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業利用，其中農業利用約占44.8%，陸地填埋約占31.0%，其他處置（包括焚燒）約占10.5%。現有污水處理廠中有污泥穩定處理設施的不到1/4，處理工藝和配套設備較為完善的不到

1/10，且能夠正常運轉的為數不多。

2010年我國污泥產量高達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 國內外可降解地膜的現狀與發展趨勢

2.1 地膜覆蓋技術的發展歷程

20世紀中葉，隨著高分子化合物的發展，日本和歐美發達國家開始將塑料薄膜應用于農業生產。用極薄的聚乙烯薄膜取代傳統的稻草、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，帶來了農業生產方式的改變和農業生產力的飛躍。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業生產及環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分運移不暢，在局部地區引起次生鹽堿化等。同時，對農作物生長也具有危害，主要表現在農作物根系生長可能受阻，作物獲得水分養分的能力降低，從而導致產量降低。

2.2 可降解地膜的現狀與發展趨勢

目前世界上解決“白色污染”的途徑主要是回收利用和開發可降解農膜。由于我國普遍使用0.005 mm厚的“超薄膜”，回收起來異常困難，經濟上得不償失。因此，對降解地膜產品的開發與應用，一直是農用地膜研究方面的重要課題。日本研發了以淀粉為主體、加入其他大分子材料制成的BDP生物可降解農用地膜，意大利研發了以殼聚糖為主料生產的可降解液態地膜等，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地膜技術

衡水碧綠蘭農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年開發研制出以城鎮污水處理廠污泥為主料生產的多功能全降解液態地膜，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，節約水資源，促進農業可持續發展。

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、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 技術優勢

1） 以污泥為主料制備液態地膜，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和氮磷鉀等營養元素，用其做液態地膜可以大幅度降低生產成本，便于有效推廣和應用；同時，由于用途廣泛、用量極大，使源源不斷產生的城鎮污泥有了好的歸宿，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”，控制農業揚塵因子，改良土壤，節約水資源，實現農民增收節支，形成一個循環經濟鏈，促進農業可持續發展。

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業。多功能全降解液態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，將養分合理釋放，提高養分利用率和植物發芽率，刺激作物生長，促進根系發達，增強植物抗旱、抗寒、抗病蟲害等抗逆能力，提高作物產量和品質；還可以改良土壤理化特性，提高地溫、透氣性、保水性，有效調節土壤酸堿度，解決土壤板結問題，降解土壤中有毒物質，幫助礦物質分解。

3） 子料中的另一主要原料——木質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地膜技術路線為：濕污泥→化驗→根據化驗結果確定超標重金屬，并選擇去除技術使之達到農用標準（宜選擇重金屬不超標的城鎮污水廠污泥，可省去這一環節）→加除臭消毒滅菌劑，使污泥達到農用衛生學標準→與天然高分子化合物混合、均質、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 產出指標

1） 性能指標達國內外先進水平；2） 生產成本降低30%以上。

3.6 效益分析

1） 經濟效益。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，建一個液態地膜生產分廠或車間，投資約400萬元，年生產能力達2.7萬t，年產值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） 社會效益和生態環境效益。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，為農民節支3 417.6萬元。減少生產塑料地膜石油消耗3.0萬t，節約塑料地膜生產能耗2 390 t標油，減排二氧化碳30.8萬t。為土地增施有機質2 314 t、總氮338 t、總磷89 t、總鉀127 t，而節約水資源、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，并為農民節支增收，實現經濟效益、社會效益和生態效益共贏。

參考文獻

[1] 王剛.國內外污泥處理處置技術現狀與發展趨勢[J].環境工程，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狀及發展趨勢[J].現代農業科技，2010（23）：105-107.

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

[4] 王聰慧，張潔，李俊紅，等.液態地膜應用技術研究[J].安徽農業科學，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地膜技術路線為：濕污泥→化驗→根據化驗結果確定超標重金屬，并選擇去除技術使之達到農用標準（宜選擇重金屬不超標的城鎮污水廠污泥，可省去這一環節）→加除臭消毒滅菌劑，使污泥達到農用衛生學標準→與天然高分子化合物混合、均質、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 產出指標

1） 性能指標達國內外先進水平；2） 生產成本降低30%以上。

3.6 效益分析

1） 經濟效益。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，建一個液態地膜生產分廠或車間，投資約400萬元，年生產能力達2.7萬t，年產值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） 社會效益和生態環境效益。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，為農民節支3 417.6萬元。減少生產塑料地膜石油消耗3.0萬t，節約塑料地膜生產能耗2 390 t標油，減排二氧化碳30.8萬t。為土地增施有機質2 314 t、總氮338 t、總磷89 t、總鉀127 t，而節約水資源、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，并為農民節支增收，實現經濟效益、社會效益和生態效益共贏。

參考文獻

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[4] 王聰慧，張潔，李俊紅，等.液態地膜應用技術研究[J].安徽農業科學，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地膜技術路線為：濕污泥→化驗→根據化驗結果確定超標重金屬，并選擇去除技術使之達到農用標準（宜選擇重金屬不超標的城鎮污水廠污泥，可省去這一環節）→加除臭消毒滅菌劑，使污泥達到農用衛生學標準→與天然高分子化合物混合、均質、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 產出指標

1） 性能指標達國內外先進水平；2） 生產成本降低30%以上。

3.6 效益分析

1） 經濟效益。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，建一個液態地膜生產分廠或車間，投資約400萬元，年生產能力達2.7萬t，年產值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） 社會效益和生態環境效益。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，為農民節支3 417.6萬元。減少生產塑料地膜石油消耗3.0萬t，節約塑料地膜生產能耗2 390 t標油，減排二氧化碳30.8萬t。為土地增施有機質2 314 t、總氮338 t、總磷89 t、總鉀127 t，而節約水資源、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，并為農民節支增收，實現經濟效益、社會效益和生態效益共贏。

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：化學工業出版社，2002.

[4] 王聰慧，張潔，李俊紅，等.液態地膜應用技術研究[J].安徽農業科學，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