城市污泥应用于我国北方沙地生态修复的探讨

2)沙障、化学高分子材料、节水灌溉等技术能很好地解决沙地区域风沙大、保水保肥差、水资源缺乏等问题，但前期一次性费用高、使用年限短;

3)微生物修复技术通过微生物分解有机质增加土壤养分含量，促进土壤团粒结构形成，存在微生物筛选时间长、接种后难适应性等问题，导致沙地生态修复的可持续性受到质疑，修复后的沙地又面临沙化的危险。

与其他技术相比，城市污泥具有黏性、保水性好及养分含量高的特性，根据不同沙地区域特征，将城市污泥与植物修复、沙障、节水灌溉等技术相结合，将其作为沙地土壤改良先行技术，从改善沙地土壤开始，优化植物生长环境，促进植物生长，使沙地生态修复具有可持续性。

2城市污泥产生现状及其物质特性

2.1产生现状

据《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》统计，我国“十一五”期间的污水处理率已达77.5%，污水排放量为1.25×108m3/d。位于我国北方沙地周边五省/区(内蒙古自治区、甘肃省、宁夏回族自治区、陕西省、山西省)2014年城镇生活污水排放量高达4.12×109m3/a，按污泥产量占处理水量的0.3%～0.5%(以含水率97%计)计算，污泥产量为1.24×107～2.06×107m3/a。

根据国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部、环境保护部联合编制的《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，到2015年，污水处理率进一步提高，城市污水处理率达到85%(直辖市、省会城市和计划单列市城区实现污水全部收集和处理，地级市达85%，县级市达70%)，县城污水处理率平均达70%，建制镇污水处理率平均达30%。

因此，北方五省/区城市污泥的产生量将进一步增加，处理处置与资源化利用更加迫切。城市污泥除了含有大量的养分资源外，还有一些有害污染物，如何对其有效处理并实现安全利用是环境科学领域的研究热点。

2.2物质特性

城市污泥中养分含量丰富，但不同地区存在差异。李艳霞等通过分析全国96家污水处理厂污泥发现，城市污泥中含有丰富的N、P、K和有机质(表2)，养分含量跟畜禽粪便等农家肥相当，纯猪粪中N、P、K和有机质浓度分别为20.7、9.0、11.2和714g/kg，而城市污泥中有机质浓度最高可达696g/kg，平均浓度为384g/kg，是纯猪粪有机质平均浓度的54%，城市污泥与猪粪和猪厩肥相比，可制成有机肥并加以利用。

然而，城市污泥中含有的重金属种类多，主要有Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr和Ni等。郭广慧等统计了2006—2013年国内外文献报道的中国城市污泥重金属浓度，并分析了其区域分布特征和变化趋势，结果表明，城市污泥中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr和Ni浓度分别为182.5、65.3、729.6、2.1、1.4、11.5、97.5和44.9mg/kg，与GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》相比均有不同程度的超标。

此外，城市污泥中有机污染物种类复杂，常见的微量有机污染物主要有多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、多氯代二苯并二恶英/呋喃(PCDD/Fs)、可吸附有机卤化物(AOX)、直链烷基苯磺酸盐(LAS)、壬基酚(NP)、邻苯二甲酸酯类(DEHP)、氯苯(CBs)、氯酚(CPs)等。

污泥中的有机污染物因地区及工业类型不同而异，即使同一污水处理厂在不同时期产生的污泥，其中有机污染物的种类和浓度也不尽相同。城市污泥中还含有烷基酚、有机氯农药、硝基苯类、氨类、卤代烃类、醚类等化合物。

另外，受到处理技术等因素限制，填埋、焚烧等处理方式存在造成二次污染和处理代价高等问题，每年污泥处理的费用占整个污水处理厂费用的50%左右，限制了污水处理厂作为污水净化设施的作用。因此，通过有效技术手段，因地制宜地将沙地周边城市污泥资源化用于沙地土壤改良和植被恢复是较好的处理方式，具有广阔应用前景。

表2城市污泥中的养分及有机质浓度

3城市污泥用于沙地生态修复的优势

3.1改良退化沙地土壤的理化性质

土壤沙化导致土壤环境劣化，土壤剖面形态毁损，肥力减退，从而使土壤熟化过程受阻，各肥力要素间调节功能减弱，对环境的适应能力降低，最终造成生产力下降或自然肥力消失。城市污泥含有丰富的有机质和矿物质养分(N、P、K)的特性，其施用能快速有效地提高沙地土壤的有机质浓度，改变土壤结构，增强土壤水分维持能力，从而达到防止沙化的目的。

华正伟等将厌氧消化后的脱水污泥(含水率为85%)静置7d后，直接与沙土按一定比例混合，结果发现，随着污泥施用量的增加，沙地中养分和有机质浓度不断提高，其理化性质也会发生明显变化，通常二者表现为正相关。

土壤孔隙度、团粒结构、持水保水能力、团聚体稳定性等随着污泥施用量的增加而增加，土壤容重则会随之降低。另外，城市污泥具有较强的黏性、持水性和保水性，因此，在施入城市污泥早期有利于提高沙地土壤结构稳定性和持水保水能力。沙地土壤结构和性质的改善及保水保肥能力的增强，为植物营造适宜于生长发育的土壤环境，防止进一步沙化的可能。

3.2提高土壤养分浓度并促进植物生长

植被恢复与重建是综合防治沙漠化最主要和最基本的措施。对沙地生态系统来说，其特点是植被覆盖度极低，风蚀严重、土壤极度贫瘠且基质极不稳定，植被自我恢复能力十分微弱，必须辅以人工手段才能在短时期内使沙地植被得以恢复。

城市污泥中含有N、P、K及大量的有机质，可提高沙化土壤中的营养成分，增强土壤肥力，改善植物生长，将其应用于退化沙地土壤的改良越来越受关注。杨涛等[36]利用抽滤脱水风干后的污泥，与土壤按照5%、10%、15%和20%比例混合后种植黑麦草、高羊茅，研究发现，污泥比例为5%和10%时，黑麦草和高羊茅的生物量、叶绿素含量均较高，表现出污泥促进黑麦草、高羊茅生长效应。

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