（土壤学专业论文）城市污泥与湖泊底泥土地利用效应研究.pdf

摘要 随着人口的增长和经济的发展，自然资源的消耗随之加快，废弃物的利用技术越 来越被各国所重视，而我国的自然资源短缺状况尤为严重，因此，城市污泥和湖泊底 泥的资源化利用研究在我国就显得更为重要了。 由于城市污泥和湖泊底泥中含有丰富的有机质、氮、磷等营养元素，其资源化利 用己经成为当今研究的热点，但污泥和底泥中重金属元素己成为制约其资源化利用的 关键因素。许多学者针对如何减少和降低城市污泥和湖泊底泥中重金属毒害作用展开 了广泛的研究，但系统性、经济性和实用性还达不到要求。因此，如何对城市污泥和 湖泊底泥进行合理资源化利用并避免重金属对土壤一植物系统的污染的研究就显得 具有十分重要的意义。 采用田区试验和盆栽试验方法，探讨了城市污泥和湖泊底泥及其与无机肥料交互 配合后土地利用对土壤植物系统的影响，包括对土壤养分含量、土壤环境质量、重 金属在土壤中的迁移、小麦对养分的吸收、小麦籽粒产量、籽粒中重金属c d 含量、 小麦备器官对重金属c d 、p b 的吸收富集等的影响。 不同处理的城市污泥和湖泊底泥田区试验结果表明，二者旌入土壤后，能有效增 加土壤中养分含量，最大能使土壤养分从缺乏状态分别增加到较丰富和丰富状态。城 市污泥与湖泊底泥施入土壤后，重金属c d 、p b 主要累积在土壤耕层，难以向下迁移， 当污泥施入量为1 5 0t h n l 2 、2 0 0t h m 2 和底泥旌入量为4 0 0t 1 1 m 2 时，耕层土壤中重金 属c d 含量超出国家土壤环境质量二级标准。随城市污泥与湖泊底泥施用量的增加， 小麦籽粒产量及其对养分的吸收量随之增加，但养分利用率并未随之增加，说明仍有 大量养分存留在土壤中。植株对重金属的富集顺序为根系 茎叶 籽粒，c d p b ， 随城市污泥与湖泊底泥施用量的增加，植株对重金属的吸收和累积能力减弱，籽粒中 重金属c d 、p b 含量均未超出我国食品中重金属限量卫生标准。此城市污泥与湖泊底 泥如果分别以1 0 0t h m 2 、2 0 0t h m 2 的旌用量旋入土壤可以连续施用5a 和6a 。 城市污泥和湖泊底泥分别与无机肥料交互配合处理的盆栽试验结果表明，前者与 无机肥料交互配合施用使土壤各养分指标呈增加的趋势，对土壤肥力进行综合评价可 以得出，不同处理可以使土壤肥力分别处于贫瘠、一般和肥沃状态；后者与无机肥料 交互配合施用也能不同程度增加土壤养分含量，有机质、全n 增加不明显，最高增 加到较缺乏状态，碱解n 最高增加到中等状态，全p 、速效p 增加最明显，最高增加 到丰富状态。二者与无机肥料交互配合施用后均使土壤中重金属c d 、p b 、c u 、z n 含量有所增加，除部分处理使土壤中c d 含量超出环境质量二级标准外，所有处理均 未使土壤中p b 、c u 、z n 含量超出这一标准，利用内梅罗综合污染指数法对不同处理 进行评价，前者与无机肥料交互配合旌用使土壤处于清洁、尚清洁甚至轻污染，后者 与无机肥料交互配合施用使土壤处于清洁或尚清洁。城市污泥和湖泊底泥分别与无机 肥料交互配合施用后，不同处理均能增加小麦籽粒产量，城市污泥以1 0 0t h m 2 和无 机肥料以1 5 0 k g h m 2 ( 尿素) + 1 5 0 k g h m ：( 磷酸二铵) 、湖泊底泥以2 0 0 t h l l l 2 和无机 肥料以1 5 0k g h m 2 ( 尿素) + 1 5 0k g h m 2 ( 磷酸二铵) 配合施用为安全经济施用量，肥 料利用率最大。随着城市污泥和湖泊底泥旋用量的增加，小麦籽粒中重金属c a 含量 均呈增加趋势，但对重金属c d 的吸收和累积能力却未一直增加，二者与无机肥料交 互配合的不同处理小麦籽粒中c d 含量均未超出我国食品中重金属限量卫生标准。 关键词：城市污泥；湖泊底泥；土地利用；效应；土壤；植物 s t u d yo ne f f e c t so f l a n du t i l i z a t i o no f m u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n t a u t h o r t u t o r ： m a j o r ： f uk e - q i a n g p r o f 强，a n gd i a n - w u p r o f l ig u i - b a o s o i ls c i e n c e a b s t r a c t w 砌1t h eg r o w t ho ft h ep o p u l a f i o na n dt h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m y , t h en a t u r a l r e s o u r c e si nt h ew o r l da r eb e i n gc o n s u m e ds w i r l ya n dt h et e c h n o l o g yo fr e u s eo fw a s t ei s b e i n ga t t a c h e dm o r ei m p o r t a n c eb ym a n yc o u n t r i e s t h el a c ko ft h en a t u r a lr e s o u l 陀e si n c h i n ai ss os e r i o u st h a ti th a sm a d et h er e s e a r c ho fr e s o u r c e sr e u s ee v e nm o r ei m p o r t a n t t h a ne v e l s i n c et h e r ea 聆h i g hq n a l i t yo fn u t r i t i o ne l e m e n t ss u c h 鸽o r g a n i cm a t t e r , n i t r o g e n , p h o s p h o r u s ，t h ea g r i c u l t u r a lu t i l i z a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n ti sb b c 2 0 m e a ni m p o r t a n tt o p i c si nn o w a d a y sr e s e a r c h h o w e v e r , t h eh e a v ym e t a l sa r et h ek e yf a c t o r r e s t r i c t i n gt h eu t i l i z a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n ti na g r i c u l t u r e m a n y s t u d i e sh a v eb e e nm a d et od e c r e a s ea n dr e d u c et h ep o i s o n o u se f f e c to ft h eh e a v ym e t a l si n m u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n t ，b u tt h ec h a r a c t e r so fs y s t e m ，e c o n o m ya n du t i l i t ys t i l l c a n n o tm e e tp r a c t i c a ld e m a n d s 耵i e r e f o r e r e s e a r c ho nt h er e a s o n a b l eu t i l i z a t i o no f m u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n ta n dt h ea v o i d a n c eo fh e a v ym e t a l sp o l l u t i o ni n s o i l - p l a n ts y s t e mh a sav e r yi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e 1 1 埒矾o te x p e r i m e n t sa n dp o te x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e dt os t u d yt h ee f f e c t so fl a n d u t i l i z a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n di n o r g a n i cf e r t i l i z e rc o m b i n e da n dl a k es e d i m e ma n d i n o r g a n i cf e r t i l i z e rc o m b i n e dj ns o i 一d 锄ts y s t e m t h ee f f e c t sw e r eo nt h en u t r i e n t s c o n t e n t so fs o i l ，t h ee n v i r o n m e n tq u a l i t yo fs o i l ，也em i g r a t i o no fh e a v ym e t a l si nt h es o i l ， t h en u t r i e n t sa b s o r p t i o no f w h e a t ，t h ey i e l do f w h e a ts e e d ，t h ec o n t e n t so f h e a v ym e t a l so f c di nw h e a ts e e d , t h ea b s o r p t i o na n da c c u m u l a t i o no f h e a v ym e t a l so f e a c hp a r t si nw h e a t n 圮r e s u l t so fp l o te x p e r i m e n t sw i t hd i f f e r e n tt r e a t m e n t ss h o w e dt h a ts o i ln u t r i e n t s c o n t e n t sc o u l db ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb ya p p l i c a t i o no fm u n i c i p a l s l u d g ea n dl a k e s e d i m e n t n es o l ls t a t u sc o u l db ei m p r o v e df r o ms h o r t a g et oe n r i c h m e n ti nl a r g e s td e g r e e r e s p e c t i v e l y h e a v ym e t a l sw e r ea c c u m u l a t e di nt h es u r f a c es o i ll a y e rw i t h o u tm i g r a 衄g d o w n w a r di n t od e e ps o i ll a y e ra 矗e ra d p l i c a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n t w h e nt h em u n i c i p a ls l u d g ea p p l i e a t i o nw a s1 5 0t 厅l r n 2 、2 0 0t h n l 2a n dt h el a k es e d i m e n t a p p l i c a t i o nw a s4 0 0t h n 2 ，h e a v ym e t a l s ( c d ) c o n t e n t si nt h es u r f a c es o i ll a y e re x c e e d e d t h en a t i o n a le n v i r o n m e n tq u a u t ys t a n d a r di if o rs o i l w i mt h ei n c r e a s i n go fa p p l i c a t i o n o f m u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n to ns o i l 。t h ey i e l do f w h e a ts e e da n dt h ec o n t e n t so f n u t r i e n t s ，a b s o r b e db yw h e a t ，b o t hi n c r e a s e d ，b u tt h eu s em t eo fn u t r i e n t sn o ti n c r e a s e d ，i t s h o w e dt h a ti l a s so fn u t r i e n t sa c c u m u l a t e di nt h es o i l 1 1 1 ea c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a l s w e r ei na no r d e r ：r o o t s t e m s e e d ，c d p b t h ea b i l 畸o f p l a n td e c r e a s e d , a b s o r b e da n d a c c u m u l a t e dh e a v ym e t a l sw i t l lt h ei n c r e a s i n go fa p p l i c a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k e s e d i m e n t t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l s ( c d 、p b li nw h e a ts e e dw e r en o te x c e e d e dt l l e n a t i o n a lc o n t r o lh y g i e n i cs t a n d a r df o rf o o d s m u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n tc o u l d b ea p p l i e d5y e a r sa n d6y e a r so ns o l lc o n t i n u o u s l y , e v e nt h ea m o u n to fa p p l i c a t i o nw a s 10 0t h l m 。a n d2 0 0t h m 硼1 er e s u l t so fp o te x p e r i m e n t sw i t hd i f f e r e n tt r e a t m e n t ss h o w e dt h a ts o i ln u t r i e n t s c o n t e n t sc o u l db ei n c r e a s e db yc o m b i n e da p p l i c a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n di n o r g a n i c f e r t i l i z e r i tw a sc o n d u c t e dt h a ts o i ls t a t u sw a si n f e r t i l e ，g e n e r i c ，f e r t i l ew i t hc o m b i n e d a p p l i c a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n di n o r g a n i cf e r t i l i z e ra f 【e ri n t e g r a t e de v a l u a t i o no ns o i l f e r t i l i t y s o i ln u t r i e n t sc o n t e n t sc o u l db ea l s oi n c r e a s e db yc o m b i n e da p p l i c a t i o no fi a k e s e d i m e n ta n di n o r g a n i cf e r t i l i z e r n 蝣e o r t t e n t so fo r g a n i cm o i t e ra n dt a t a ln i t r o g e nc o u l d n o tb ei n c r e a s e do b v i o u s l y , o r g a n i cm a t t e ra n dt a t a ln i t r o g e nc o u l db er e a c h e dl a c k i n g s t a t u s a v a i l a b l en i t r o g e nc o u l db er e a c h e dm o d e r a t es t a t u s 1 1 1 ec o n t e n t so ft a t a l p h o s p h o r u sa n da v a i l a b l ep h o s l a h o r u sc o u l db ei n c r e a s e do b v i o u s l y , t a t a lp h o s p h o r u sa n d a v a i l a b l ep h o s p h o r u sc o u l db er e a c h e da b u n d a n ts t a t u s t h ec o n t e n t so f h e a v ym e t a l sr c d 、 p b 、c u 、z n ) i ns o i lc o u l db ei n e r e a s e da f t e rl a n du t i l i z a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n d i n o r g a n i cf e r t i l i z e rc o m b i n e da n dl a k es e d i m e n ta n di n o r g a n i ef e r t i l i z e rc o m b i n e d t h e c o n t e n t so f h e a v ym e t a l s 伊b 、c u 、z n ) i ns o l lw e l en o te x c e e d e dt h en a t i o n a le n v i r o n m e n t q u a l i t ys t a n d a r di if o rs o i lw i t ha l lt h et r e a t m e n t s ，b u tt h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l s ( c d ) w e r ee x c e e d e di tw i t hp a r t so ft h et r e a l m e n t s s o i ls t a t u sw a sc l e a n , m u c hc l e a na n dl i t t l e m o r ep o l l u t e dw i t hc o m b i n e da p p l i c a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n di n o r g a n i cf e r t i l i z e r8 】r c r e v a l u a t i o ni ns y n t h e t i ca n dp o l l u t e di n d e xm e t h o do r ld i f f e r e n ti z c a t m e n t s a n ds o l ls t a t u s w a sc l e a na n dm u c hc l e a nw i t hc o m b i n e da p p l i c a t i o no fm u n i c i p a ls l u d g ea n di n o r g a n i c f e r t i l i z e r t h ey i e l do fw h e a ts e e dc o u l db ei n e t e a s e dw i t hc o m b i n e da p p l i c a t i o no f m u n i c i p a l s l u d g ea n di n o r g a n i cf e r t i l i z e r , l a k es e d i m e n ta n di n o r g a n i cf e r t i l i z e r n l e a m o u n to f c o m b i n e da p p l i e a t i 0 1 3w a st h es a f ea n de c o n o m i c a l ，i f m u n i c i p a ls l u d g ew a s1 0 0 t l m a 2 a n d i n o r g a n i c f e r t i l i z e r w a s1 5 0 k g h m 2 ( c o f l q l - 1 2 ) 2 ) + 1 5 0 蛐2 ( ( n i - 1 4 ) 2 1 - i p 0 4 ) ， a n dl a k es e d i m e n tw a s2 0 0t h m 2a n di n o r g a n i cf e r t i l i z e r 啪1 5 0k g h m 2 ( c o o q i - 1 2 ) 2 ) + l5 0k g h m 2 ( ( n h 4 ) 2 t t p 0 4 ) t h eu s er a t eo ff e r t i l i z e rw a st h el a r g e s t t h cc o n t e n t so f h e a v ym e t a l sf c d ) i nw h e a ts e e dc o u l db ei n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fa p p l i c a t i o no f m u n i c i p a ls l u d g ea n dl a k es e d i m e n t t h ea b i l i t yd e c r e a s e d , a b s o r b e da n a la c e u m u l a t e d h e a v ym e t a l so fc d ，a f t e ri n c r e a s e t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l so fc di nw h e a ts e e do f d i 妇f c r e n ti z e a t m e n t sw e r en o te x c e e d e dt h en a t i o n a lc o r t t r o ih y g i e n i cs t a n d a r df o rf o o d s k e y w e r d ：m u n i e i l d a ls l u d g e ：l a k es e d i m e n t ；l a n du t i l i z a t i o me f f e c t i | s o i l ：p l a n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得扭韭壅些盘璧或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学雠文储躲 1 郦鸟签字吼讨年6 月蜘 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑韭壅些盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权扭韭塞些盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一躲t 1 衫造 签字日期：v 一年6 月f y 自 学位论文作者毕业后去向：刀蠡讫 工作单位： 通讯地址：冯啪毒诫牵际缸扛三纠p 导师签名： 签字日期：p 矽年6 月，阳签字日期：p 口年6 月，r 日 f 电翻小，c 似 邮编：哆，ic - 城市污泥与湖泊底泥土地利用效应研究 1 1 研究背景 1 1 1 城市污泥研究背景 1 引言 城市污泥是指城市生活污水及工业废水处理过程中产生的固体废弃物，简单地讲 就是污水中的固体部分e 1 。随着世界工业生产的迅速发展及城市人口的急剧增长，城 市生活污水和工业废水处理量日益增多，因而污泥的产出量也急剧上升。自2 0 世纪 8 0 年代以来，欧美国家等城市污泥产出量大增，欧盟国家年产污泥6 5 1 0 6t ( 干物 质) ，美国5 4 1 0 6 t ( 干物质) 2 - f l , 目前，世界上年产污泥量已达1 0 1 0 8 t ( 干物 质) 1 6 1 。截止到2 0 0 2 年底，我国已有城市污水处理厂5 3 7 座，污水处理能力达1 3 0 亿蚀。按城市污水平均含周率o 0 2 ( 干物质) 计算，可产生干污泥2 6 0 万妇，脱 水污泥按含水率8 0 计算，可产生脱水污泥1 3 0 0 万t a 【7 一。根据中国国民经济发展 计划和水污染防治规划中城市污水处理规划，到2 0 1 0 年中国城市化率将达4 0 ，城 镇人口总量将增加到6 7 亿。污水处理率建制镇不低于5 0 ，设市城市不低于6 0 ， 重点城市不低于7 0 。按每人每天产生5 0 9 ( 干物质) 污泥计算，到时城市污泥排放 量将达1 2 0 0 万t a ( 干物质) 以上，按污水处理率5 0 0 o 爿- 算，可产生干污泥6 0 0 万仇 以上，脱水污泥按含水率8 0 计算，可产生脱水城市污泥3 0 0 0 万妇以上防“。 不断累积的城市污泥不仅将占用大量土地，而且其中的有害成分如重金属、病原 菌、寄生虫卵、某些有毒有机污染物及臭气将会对城市环境和城市生态构成严重威胁， 因而必须对城市污泥进行合理妥善的处理处置【l b1 2 1 。 1 1 2 湖泊底泥研究背景 湖泊底泥主要是由粘土矿物、有机质、活性金属氧化物组成。这种天然的颗粒物 具有巨大的比表面积，在水环境中发挥着最为重要的作用，它是水中各种污染物的源 和汇，并记录着湖区环境交化的丰富信息 z 3 - 1 6 1 。如重金属成分反映了流域工业生产 对湖泊环境的影响，营养盐则是湖泊营养化过程的标志。大量污染物通过大气沉降、 废水排放、雨水淋溶与冲刷等各种方式进入湖泊，除少部分可以通过水生生物的捕捞 带出水体外，大部分沉积到底泥中并逐渐富集，使底泥受到污染，在一定条件下各种 污染物重新释放到水体中，成为二次污染源 t t - t g 。因此，可以把湖泊底泥看作湖泊 环境变化的档案，并通过对湖泊底泥研究来评价人类活动产生的污染物对湖泊环境的 影响。 湖泊底泥是城市湖泊污染的重要研究内容之一。也是世界范围的一个突出环境问 题。经济高速发展过程中人为排放的大量难降解污染物相当一部分积累在水体底泥 中，加剧了湖泊底泥的污染，对水生态系统构成长期威胁。从国外来看，莱茵河流域、 美国的大湖地区、荷兰的阿姆斯特丹港口、德国的汉堡港等，湖泊底泥污染均十分严 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 重啪一1 1 。美国e p a 在1 9 9 8 年的调查报告中指出，美国已发生的2 1 0 0 起事件声称鱼 类消费中的问题，多次证实污染来自湖泊底泥 2 2 2 3 1 。我国河流、湖泊底泥中也积累 了大量有机污染物、重金属、氮磷等，其含量往往比背景值高出一至几个数量级 2 4 一 嚣】。因此，污染底泥的治理已刻不容缓，势在必行。 1 2 处理处置技术 1 2 1 城市污泥主要处置方式 目前，城市污泥的主要处置方式有土地填埋、投弃大海、焚烧和土地利用。各国 根据本国的地理环境、经济水平、技术措施、交通运输等因素确定不同的处置方式。 但是，各种处置方法在实际应用中都存在一定的优点和局限性。 ( 1 ) 土地填埋 土地填埋是城市污泥处理处置基本方式之一，过去，许多国家都采用土地填埋的 方法来处置城市污泥，该法处理过程非常简单，特别适于质量较差的污泥。1 9 9 2 年 欧盟采用填埋法处理的城市污泥量占总量的4 0 左右 2 9 3 a 】。但该法缺点是污泥中有 害成分的渗漏会对地下水造成污染，运输和填埋场地建设费用较高且可供填埋的场地 越来越少。美国环保局估计，今后十几年近8 0 的填埋场将关闭【7 一”。据中国污水处 理厂调查，城市污泥的填埋处理费用平均约4 0 元，t p “ ( 2 ) 投弃大海 投弃大海是利用海洋巨大的稀释和容纳能力来处理城市污泥的一种方式，该法对 靠近海岸的大型污水处理厂来说是一种方便的处置方法。但是，随着人们生态环境意 识的加强，沿海国家越来越关注污泥投海后对海洋生态系统及人类食物链可能产生的 影响。美国于1 9 8 8 年已禁止向海洋倾倒污泥，并于1 9 9 1 年全面加以禁止【3 3 3 4 。欧 共体规定1 9 9 8 年1 2 月3 1 日起，不得在水体中处置污泥口鼻3 6 1 。 ( 3 ) 焚烧 城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素、木质素，可用来焚烧，焚烧后 产生无菌、无臭的无机残渣，并大大减少了体积，使运输和最后处置大为简化，焚烧 后的热量也可以充分利用，是一种可靠而有效的处置方法。但是，城市污泥在焚烧时 会产生二氧化硫、二唔英等气体而造成空气污染。此外，焚烧设备十分昂贵，且运行 费用高达7 0 0 9 0 0 元t 千污泥p “。 ( 4 ) 土地利用 土地利用是把城市污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗 基质及严重扰动的土地修复与重建等。由于城市污泥中含有丰富的有机质和氮、磷、 钾、微量元素等植物生长所需的营养成分，因此，城市污泥土地利用被认为是最有发 展潜力的处置方式【3 9 4 0 l 。城市污泥农用比例最高的国家是荷兰，占5 5 ；其次是丹 麦、法国和英国，占4 5 i 美国占2 5 4 1 1 3 1 。与国外相比，我国对城市污泥资源化 利用的理论研究与实践均相差甚远。 2 城市污泥与湖泊底泥土地利用效应研究 欧洲各国污泥处置方式及产生量见表l 。 寰l欧洲各国污泥处置方式和产生 t a b l eit h ed i s p o s a lm c t h o d s dp r o d u c t i o no f m u n i c i p a ls l u d g ei ne u r o p e 1 2 2 湖泊底泥修复技术 目前，各国科学家开展了底泥修复的各种研究和技术方法，主要有物理修复和生 物修复 ( 1 ) 物理修复 物理修复是借助工程技术措施消除底泥污染行为的一种方法，主要有疏浚、掩蔽 等措施。疏浚在很多时候是一种必需的选择，如运河、海港、航道的清淤，疏浚后底 泥的处理则是环境保护的一个难题。疏浚污泥以其量大、污染物成分复杂、含水率高 而处理困难 4 s - 删。目前，国内由于经费的限制，多采用农田施用和填埋处理。掩蔽 是在污染的底泥上放置一层或多层覆盖物，使污染底泥与水体隔离，防止底泥污染物 向水体迁移。采用的覆盖物主要有未污染的底泥、沙、砾石或一些复杂的人造地基材 料等。掩蔽存在的问题是工程量大，需要大量的清洁泥沙等，同时掩蔽会增加底泥量， 使水体库容变小，因而不适用于河流、湖泊和港口，适用于深海底泥修复。 ( 2 ) 生物修复 生物修复是利用生物体，主要是微生物来降解环境污染物，消除或降低其毒性的 过程。它是传统的生物处理方法的延伸，其新颖之处在于它治理的对象是较大面积的 污染。既可在原位进行生物修复，也可以对疏浚底泥进行生物处理。原位处理需要外 加具有高效降解作用的微生物和营养物，有时还需外加电子受体或供氧剂。虽然经过 纯培养，发现有些微生物能较大程度分解p a h 、p c b s 等有机物，但要制成在原位能 3 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 活跃分解有机物的产品，目前的效果还不理想。对疏浚底泥进行生物处理面临的问题 是底泥中的有机物水溶性低，而普遍认为微生物只能利用液相中的有机物，而不能利 用固相中的有机物，因而底泥中有机物生物可利用性低，降解速度慢。 1 2 3 湖泊底泥的无害化与资源化技术 目前，许多学者已经把目光转向污染底泥的资源化利用研究，这不仅可以解决底 泥出路问题，又可以产生一定的经济效益。底泥资源化技术主要有以下几种。 ( 1 ) 制砖 刘贵云等1 4 9 i 用苏州河底泥进行了制砖试验，并分别以煤粉和城市生活污泥为添加 荆，其中含有的大量有机物在焙烧过程中烧失产生微孔，降低了产品的体积密度，通 过调节配方可以制得轻质砖。结果表明，产品的物理特性基本上可以达到烧结普通砖 的技术要求，砖的标号达到5 0 和7 5 。试验中对底泥和生活污泥原料以及烧成产品分 别傲了重金属浸出浓度试验，结果显示，原料中重金属的含量很高，但通过1 0 0 0 1 1 0 0 的焙烧后，绝大部分重金属固化在成品中，成品中重金属的浸出率相对于原料 而言大大降低，因而不会对周围环境造成影响。 ( 2 ) 制陶粒 利用苏州河底泥烧制陶粒的工序主要为：挖泥运至排泥场堆放一自然干燥一与 外掺辅料混合一生料成球一筛选料球进窑预热焙烧一冷却分级一成品。经过高温 焙烧，产品可以达到粘土陶粒的技术指标，而且底泥中的重金属也大部分固化在陶粒 中。同济大学王中平等陋o j 进行了利用苏州河底泥研制陶粒的试验研究，制得产品按照 o b 2 5 4 2 - 8 1 粘土陶粒和陶砂要求进行测定，结果表明产品性能完全满足g b 2 4 5 2 - $ l 技术指标的要求。重金属浸出试验表明，成品用强腐蚀的王水浸出时，重金属的溶出 量均大幅度下降，在普通水中浸泡一周未见有重金属析出由此可见，其对周围环境 不会造成二次污染。 ( 3 ) 吸附荆 底泥是一种含腐殖质的天然吸附剂，樊邦棠1 5 1 】，任乃林等f 记】利用底泥吸附处理 了模拟含铲废水，结果表明，底泥对废水中铬具有较强的吸附能力，底泥对铬的吸 附量及去除率远远大于陶土1 5 3 】，这是由于底泥中含有大量的腐殖质，它对金属离子有 吸附交换和络合的作用；并且粉状底泥比颗粒状底泥吸附能力更强，这是由于粉状底 泥的表面积较大、富集能力增强所致。 ( 4 ) 土地利用 朱本岳等 5 4 1 利用西湖疏浚的底泥废弃物，与化肥以2 ：8 的配比混合，加工成有机 无机复混肥。在蔬菜上施用结果表明，产量与等养分量的进口复合肥持平或略有增加， 肥料成本降低，蔬菜中硝酸盐含量下降。上海市桃浦河底泥经加药、混凝和机械快速 脱水( 包括真空抽滤脱水和滚筒脱水) 后，同鸡粪等混合制成有机肥料，具有比较均 衡的肥料成分，用此肥料进行种植青菜试验，经上海市卫生防疫站化验测试结果，对 照国家o b 2 7 6 2 - 8 1 ，g b 2 7 6 3 - 8 1 、g b 4 8 1 0 钳标准及上海市农业科学院土肥所提出的 4 城市污泥与湖泊底泥土地利用效应研究 青菜污染程度标准，均在国家允许范围内，按分级标准在未污染与轻污染之间。但考 虑到重金属污染的累积作用，根据国家o b 4 2 8 4 8 4 农用污泥中污染物控制标准，此 底泥制成的有机肥料不宜用于菜地，可用于园林、花卉、绿地等。 1 3 土地利用研究 1 3 1 对土壤物理性质的影响 许多研究i s 5 - 删表明，城市污泥与湖泊底泥土地利用后，土壤容重减小，总团粒 结构和水稳性团粒结构增加，土壤固相容积逐渐减少，液相和气相容积逐渐增加；同 时也提高了土壤含水量、田间持水量以及土壤孔隙度和毛管孔隙度。因此，二者的施 用可以明显改善土壤的各种理化性状，从而提高土壤保水、保肥及供水、供肥的能力。 1 3 2 对土壤肥力的影响 张天红【6 1 j 1 9 9 0 + 1 9 9 1 年用西安市污泥对树木生长所作的研究表明，油松和杨树 施污泥1 年后，土壤o 2 0c m 中的全氮、速效氮、全磷、有机质及阳离子代换量的 含量均随污泥用量的增加而增大，方差分析结果表明，各处理养分含量的差异达到极 显著水平。赵玉臣、赵伟等【6 2 酤】通过对马家沟底泥养分分析与水稻的肥效试验结果 证明，马家沟底泥及其配制成的底泥颗粒肥料含有一定量的养分，比猪粪养分含量高， 具有一定的肥效作用。由此说明城市污泥和湖泊底泥土地利用后，均能提高土壤养分 含量水平。 1 3 3 对土壤微生物的影响 城市污泥土地利用不仅能带入大量有机质和矿质养分，为土壤中的微生物提供养 分，而且城市污泥本身含有丰富的微生物，提高了土壤微生物的数量1 6 4 1 。周立祥断】 研究表明，连续施用城市污泥大大增加了壤中细菌和放线菌的数量，在相同施用量 的前提下，城市污泥处理是畜粪处理中细菌和放线菌总量的4 4 4 6 9 7 倍，同时，施 用城市污泥可以改变土壤微生物的种群结构，提高土壤硝化细菌的比例，增加酶活性， 提高土壤的基础肥力和土壤腐殖质的含量。 1 3 4 对植株生长的影响 城市污泥与湖泊底泥中含有大量的氮和磷，也含有钾、钙、铁、硫、镁、锌、铜、 锰、硼、钼等微量元素，可以缓慢供给植株生长所需的养分。廖宗文嗍研究表明，施 用城市污泥处理的生菜较对照增产6 1 ，且菜茎较对照短，叶片较对照增多。朱广伟、 陈英旭嘲在试验中观察到，高底泥用量土壤上青菜的生长速度明显大于不加底泥的， 茎叶变得比土壤对照上的更为粗壮厚绿，处理间的差异减小。 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 1 4 土地利用存在的风险 1 4 1 重金属 城市污泥和湖泊底泥中重金属种类繁多，主要有c u 、p b 、z n 、n i 、c r 、h g 、c d 等，是限制其大规模土地利用的重要因素。目前对土壤重金属的污染研究较多，主要 集中在污泥和底泥土地利用后土壤耕层重金属的变化、作物各部位重金属累积量、存 在形态及其影响等。城市污泥和湖泊底泥合理农用不会造成土壤和农产品的重金属污 染，但长期施用会增加土壤中重金属的含量i 醴1 。因此，长期施用城市污泥与湖泊底泥 及其肥料需进行必要的定位监测。 1 4 2 氮磷过剩问题 随城市污泥和湖泊底泥带入土壤的大量氮、磷在土壤中参与物质循环，通过农田 排水、雨水淋洗与冲刷、渗漏、地表径流等方式又被带入地表水和地下永，可能会成 为污染水体的主要因子。污泥和底泥施用量越大、含氮量越高，因硝化作用产生的 n 0 3 越多，因其易于淋失，若用于土质疏松的土壤，会引起地下水的硝酸盐污染， 随地表径流进入地表水体会造成水体富营养化。另外，污泥和底泥中氮、磷过剩还会 引起作物贪青晚熟、不抗病害、不耐贮藏等危害。 1 4 3 有机污染物 城市污泥和湖泊底泥中含有多种有机污染物，通过生物富集作用可以在生物体内 达到较高的水平，从而产生较强的毒害作用，通过食物链还可能危害到人类的健康。 广州市大坦沙污水处理厂的污水中检测到毒性有机污染物5 4 种，主要包括邻苯二甲 酸酯类、单环芳烃、多环芳烃、苯酸类、芳香胺类、芳香酸类、氨基甲酸甲酯衍生物 和杂环化合物等，其含量最高达8 0 8u # i j 6 9 】莫测辉1 i o 用该厂污泥栽种通菜，发现植 株中邻苯二甲酸酯类、多环芳烃等多类优控污染物含量比空白对照高l o 倍以上，栽 种菜心的土壤渗漏水中氯代苯类和硝基酚类的含量也明显比空白对照和化肥对照高。 1 4 4 病原微生物 未经处理的污泥中含有较多的病原微生物，在污泥的应用中，它们可通过各种途 径传播，污染土壤、空气、水源，并通过皮肤接触、呼吸和食物链危及人畜健康。也 能在一定程度上加速植物病害的传播。j o n e s ”j 总结了污泥中病原微生物的种类和数 量，并指出常见的具有潜在危害的病原微生物主要是沙门氏菌、蛔虫、绦虫卵和肠道 病毒。研究发现【5 5 1 ，污泥施用3 6 个月后，仍能从土壤中检测出较多大肠菌。因此， 从防止病原微生物传播的角度看，除应提高农用污泥的卫生水平外，最好不将污泥应 用于菜地上。 6 城市污泥与湖泊底泥土地利用效应研究 1 4 5 盐分 部分含盐量高的城市污泥和湖泊底泥会明显提高土壤的电导率，过高的盐分会破 坏养分之间的平衡，抑制植物对养分的吸收，甚至会对植物根系造成直接的伤害。另 外，离子之间的拮抗作用也