（环境工程专业论文）不同秸秆污泥堆肥施用土壤植物效应研究.pdf

一1 。r 1 哇 r i ， j !j，jli。 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者乡缎涿 签字日期：矽，年 月爹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、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。本人授权西南大学研究生院( 筹) 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，本论文：日不保密， 口保密期限至年月止) 。 ， 学位论文作者签名：磁淳导师签名：越芳互 签字日期：锣c f 年多月争日 签字日期：沙l 年月争日 i l 保护知识产权声明 本人完全了解西南大学关于对研究生在本校攻读学位期间撰写论文的 知识产权保护规定。本人撰写的论文是在导师具体指导下，并得到相关研 究经费支持下完成的。具体数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识 产权单位属西南大学。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文或 使用论文工作成果时，需征得导师同意，并且署名第一单位仍然为西南大 学。 学位论文作者签名夕荔旌澎 签字日期：劢7 7 年i ；月多日 本文受重庆市科技攻关计划项目( c s t c ， 2 0 0 8 a c 7 0 1 3 ) 、 国家科技支撑计划课题 ( 2 0 0 7 b a d 3 9 8 0 2 ) 和西南大学生态学重点学科 2 1 1 工程，建设经费资助，在此表示感谢! 两南大学硕： ：学位论文 摘要6 a b s t r a c t 8 第一章文献综述1 0 1 1 污泥资源化研究现状- 。l o 1 1 1 污泥现状及资源化前景l o 1 1 2 污泥常用处置方法及现状。l o 1 1 2 1 污泥填埋1 l 1 1 2 2 污泥焚烧1l 1 1 2 3 土地利用1l 1 2 1 污泥堆肥土地利用技术1 2 1 2 1 1 污泥堆肥化处理概述。1 2 1 2 1 2 污泥堆肥的土地利用。1 3 1 2 3 污泥堆肥土地利用研究现状1 4 1 2 3 1 污泥堆肥土地利用过程中的重金属研究1 4 1 2 3 2 污泥堆肥土地利用的有机物危害研究。1 4 1 2 3 3 污泥堆肥土地利用的养分元素变化研究1 4 1 3 污泥堆肥土地利用的环境效应1 6 1 3 1 对士壤环境及生物生长的影响1 6 1 3 2 对土壤理化性质的影响1 6 1 3 3 对十壤中重金属的影响。1 6 1 4 污泥堆肥施用技术的研究1 7 1 4 1 污泥堆肥直接施用l7 1 4 2 污泥复合肥料。17 1 4 3 污泥堆肥与化肥配合施用1 7 1 5 课题研究的目的、意义和内容18 1 5 1 课题研究的目的和意义1 8 1 5 2 课题研究的内容1 8 第二章材料与方法1 9 2 1 室内培养试验19 2 1 1 试验材料。l9 2 1 2 试验设计l9 2 1 3 测试项目与方法1 9 2 1 4 数据处理方法l9 2 2 田间试验2 0 2 2 1 试验设计2 0 2 2 2 供试材料2 0 4 2 2 3 取样及样品处理2 0 2 2 4 测定方法。2 0 2 2 5 数据处理方法2 l 第三章结果与分析2 2 3 1 室内培养试验研究结果分析2 2 3 1 1 作物秸秆污泥堆肥的基本性质。2 2 3 1 2 不同秸秆污泥堆肥对土壤n h 4 + - n 、n 0 3 - n 含量的影响2 2 3 1 3 不同秸秆污泥堆肥对土壤氮矿化量的影响2 4 3 1 4 不同秸秆污泥堆肥对土壤氮矿化常数的影响2 5 3 1 5 ，j 、结2 6 3 2 田间试验研究结果。2 6 3 2 1 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例配施对土壤p h 值的影响2 6 3 2 2 秸秆污泥堆肥与化肥配施比例对土壤氮的影响2 8 3 2 2 1 土壤全氮含晕的变化2 8 3 2 2 1 秸秆污泥堆肥与化肥配施比例对十壤n h 4 + - n 含最的影响2 8 3 2 2 3 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对j 卜壤n 0 3 - n 含最的影响。3 0 3 2 2 4 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对十壤氮矿化量的影响3 2 3 2 3 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对十壤磷的影响3 3 3 2 3 1 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对j t ：壤全磷的影响3 3 3 2 3 2 秸秆污泥堆肥与化肥小同比例混施对十壤速效磷的影响3 4 3 2 4 秸秆污泥堆肥与化肥小同比例混施对十壤钾的影响3 5 3 2 4 1 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对j ：壤全钾含最的影响3 5 3 2 4 2 秸秆污泥堆肥与化肥小同比例混施对十壤速效钾含最的影响3 6 3 2 5 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对r ：壤有机质含量的影响3 7 3 3 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例配施对j t ：壤重金属的影响。3 8 3 3 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对作物的影响4 0 3 3 1 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例配施对玉米产帚的影响4 0 3 3 2 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对营养元素利用效率的影响4 l 3 4 2 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施对植物重金属的影响“ 第四章结论和建议。4 6 4 1 结论4 6 4 2 建议：4 7 两南大学硕十学位论文 作物秸秆与城市污泥堆肥产物对土壤肥力及重 金属累积的影响 环境工程专业硕士研究生唐淦海 指导老师赵秀兰副教授 摘要 本课题旨在通过研究不同秸秆污泥农地利用时土壤系统氮、磷和钾的转化规律，及其对作物生 长和环境影响效应的探讨，从正负效应中找出不同秸秆污泥堆肥与化肥配施的最佳比例，从而为城 市污泥的大规模土地利用提供理论和实践支持。 本研究选择重庆市北碚区某污水处理厂的脱水污泥经高温好氧堆肥得到的污泥堆肥产品为研究 对象，通过室内土壤培养研究了不同秸秆污泥堆肥对土壤氮矿化的影响，并挑选2 种秸秆污泥堆肥 与化肥以1 ：3 ，l ：1 和3 ：1 混配，进行了玉米的田间试验。 室内土壤培养试验表明：作物秸秆污泥堆肥可促进土壤氮的矿化，显著提高十壤中氨态氮和硝 态氮的含量，提高幅度油菜秸秆和小麦秸秆堆肥大于水稻秸秆堆肥和玉米秸秆堆肥，因而当污泥堆 肥施用于农地时，油菜秸秆堆肥和小麦秸秆污泥堆肥的用量应较水稻秸秆堆肥和玉米秸秆污泥堆肥 低。一级动力学方程拟合结果表明，污泥堆肥的施入可显著提高士壤氮的潜在矿化势，其中油菜秸 秆污泥堆肥施入石灰性紫色土和黄壤、小麦秸秆污泥堆肥施入酸性紫色土和石灰性紫色十氮的潜在 矿化势提高幅度最大。根据土壤氮的矿化特征，建议将秸秆污泥堆肥用作基肥施蒯丁黄壤时，3 0 d 左右应适当补施氮肥，以满足作物后期生长对氮素的需求，而将秸秆污泥堆肥用作基肥施用于酸性 紫色土和石灰性紫色士时，应配合速效氮肥，以满足植物生长前期对氮素的需求。 田间试验表明： ( 1 ) 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例配施均可促进土壤氮素的矿化，显著提高十壤氨态氮和硝态 氮含量，化肥与玉米秸秆污泥堆肥按1 ：3 配施，化肥与水稻秸秆污泥堆肥按l ：l 配施提高幅度最大。 ( 2 ) 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施均可促进土壤磷素的矿化，显著提高十壤速效磷含量， 化肥与秸秆污泥配施时要考虑土壤性质和堆肥秸秆类型，黄壤中，两种秸秆污泥堆肥与化肥按1 ：l 比例配施速效磷提高幅度最大，在酸性紫色十中，化肥与玉米秸秆污泥堆肥按3 ：1 配施、与水稻秸 秆污泥堆肥按l ：3 配施土壤速效磷提高幅度最大。 ( 3 ) 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例配施均可促进土壤钾素的矿化，提高速效钾含量，秸秆污泥 堆肥与化肥混施时主要考虑十壤性质。在黄壤中，化肥与玉米秸秆和水稻秸秆污泥均按1 ：1 配施可 达最佳施肥效果，紫色土其配施比例为l ：3 。 ( 4 ) 秸秆污泥堆肥与化肥不同比例混施可降低土壤p h 值，提高有机质含量，堆肥施加量与土 壤p h 缓冲性和有机质含量呈正比关系。 ( 5 ) 秸秆污泥与化肥混合配比施用，黄壤条件下化肥与玉米秸秆污泥堆肥按3 ：l 混配，化肥 6 摘要 与水稻秸秆按l ：1 配旖可获得最大产量，紫色土中，化肥与将玉米秸秆污泥堆肥按l ：3 混配，化肥 与水稻秸秆按3 ：1 配施，可获得最大产量。 ( 6 ) 污泥堆肥施入土地后植物对不同重金属的吸收能力大小黄壤为c d p b c r ，紫色土为 p b c d c r 。黄壤环境中，植物体内重金属含量与秸秆污泥堆肥的施加量呈正比关系，紫色土环境中， 秸秆污泥堆肥与化肥以l ：1 混配施入使植物体内重金属含量达最大值。 最后，从氮磷钾及重金属方面探讨分析不同比例秸秆污泥堆肥土地利用过程中的正负效应，由 效应平衡最终确定土壤类型为黄壤时，化肥与水稻秸秆堆肥最佳配比为l ：1 ；紫色士中化肥与玉米 秸秆堆肥最佳配比为l ：3 。 关键词：污泥堆肥不同比例农地利用氮磷钾重金属 7 西南大学硕十学何论文 曼曼曼i i 皇曼曼曼曼曼曼皇皇皇皇曼量曼曼量量曼邕曼曼皇曼曼曼拿曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量量曼曼量曼曼舅舅皇曼曼皇曼皇曼曼曼鼍量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼蔓 s t u d y o ne f f e c to fs l u d g ec o m p o s t a p p l i c a t i o n o ns o i l - - p l a n te c o s y s t e m s a p p l i c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：t a n gg a n h a i s u p e r v i s o r ：a p r o f z h a ox i u l a n a b s t r a c t b ys t u d y i n go nt h et r a n s f e ro fn 、p 、ki ns o i l p l a n te c o s y s t e m ，a n dt h e i re n v i r o n m e n t a le f f e c t s ，t h i s p a p e ra i m sa tf i n d i n gt h eo p t i m a la p p l i c a t i o nr a t i oo fs e w a g es l u d g ec o m p o s ta n dc h e m i c a lf e r t i l i z e r s ， w h i c hm a ys u p p l yt h e o r ya n dp r a c t i c a lg u i d ef o rt h eg a r d e nu t i l i z a t i o no fs e w a g es l u d g e t h i sr e s e a r c hi n v e s t i g a t e dt h ep e r f o r m a n c eo fp o r e de x p e r i m e n ta n df i e l de x p e r i m e n to fc o mu s i n g t h ec o m p o s tb yd e w a t e r e ds e w a g es l u d g ef r o mc h o n g q i n gb e i b e iw a t e rq u a l i t yp l j r i l y i n gf a c t o r ya n d s t r a w t h em i xr a t e so f t h ec o m p o s tw i t ht h ef e r t i l i z e r w e r e1 ：3 、1 ：1a n d3 ：1 t h ep o r e de x p e r i m e n tr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n sc a l lb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： c r o p ss t r a ws l u d g ec o m p o s tc a np r o m o t em i n e r a l i z a t i o no fn i t r o g e ns i g n i f i c a n t l yi ns o i l t h ec o n t e n t so f n i t r o g e na n dn i t r a t ew e r ei m p r o v e df u r t h e rb ys l u d g ec o m p o s t sw i t hs t r a wa n dw h e a tt h a nt h a tc o m p o s t s w i t hs t r a wa n dc o m s oi tw i l lb el o w e rb yc o m p o s tw i t hy c ca n dx m ct h a nt h a tw i t hs d ca n dy m c t h ef i r s t - o r d e rk i n e t i c se q u a t i o n sf o rd e s c r i b i n gnm i n e r a l i z a t i o nd y n a m i ci nc o m p o s tt r e a t e ds o i l ss h o w t h a ti tc a nb es i g n i f i c a n t l yi m p r o v e dn ot h a ti m p o s e ds l u d g ec o m p o s t t h em a xv a l u e ro fn ow a sy c c w h i c hi m p r o v e di nl i m ep u r p l es o i la n dy e l l o ws o i l ，x m cw a si m p r o v e di na c i d i cs o i la n dl i m es o i l i tc a n b es u g g e s t e dt h a tn i t r o g e nw i l lb ea d d e di ns o i la tn e a r l y3 0 dw h e ns l u d g ec o m p o s ta d d e di ny e l l o wf o rt h e c r o pg r o w t h i tw i l lb ea d d e di ns o i la sa v a i l a b l en t of i tt h ec r o pg r o w t h f i e l de x p e r i m e n tr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n sc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ed i f f e r e n tr a t i oo fs l u d g ec o m p o s tw i t hs t r a w sa n dc h e m i c a lf e r t i l i z e r s ，t h ec o n t e n t so fa m m o n i aa n d n i t r a t ec o u l db eh i g h e rt h a no t h e r sw h e nt h er a t i ao fs l u d g ec o m p o s tw i t hc r o na n dc h e m i c a lf e r t i l i z e r s w a s1 ：3 t h er a t i oo fs d ca n dc h e m i c a lf e r t i l i z e r sw a s1 ：1 t h ec o n t e n t sw i l lb eh i g h e rt h a no t h e r ss o ( 2 ) s t r a ws l u d g ec o m p o s ta n df e r t i l i z e rw a sm i x e db yd i f f e r e n tp r o p o r t i o n sc a np r o m o t et h em i n e r a l i z a t i o n o fp t h ec o n t e n t so fo r g a n i cpc a ni m p r o v eh i g h e rs i g n i f i c a n t t w ot y p eo fs t r a ws l u d g ew i t hf e r t i l i z e r s w a s1 ：1p r o p o r t i o n w h e nt h er a t i oo ff e r t i l i z e r sa n dy m cw a s3 ：1 ，t h ec o n t e n t sw a sm o s tt h a no t h e r si n a c i ds o i l ( 3 ) i tc a l lb ei m p r o v e dt h em i n e r a l i z a t i o no fkt h a nd i f f e r e n tr a t i oo fs l u d g ec o m p o s ta n df e r t i l i z e r t h es o i l p r o p e r t i e sc a l la f f e c t e dt h ec o n t e n t s t h er a t i oo ff e r t i l i z e ra n dy m c o fs d cw a sl ：lc a ni m p r o v e d m o s t l yt h a no t h e r s t h er a t i ow a s1 ：3i ny e l l o ws o i l ( 4 ) t h ed i f f e r e n tr a t i oo fc o m p o s ta n df e r t i l i z e rc a nr e d u c e dp hi ns o i la n di m p r o v e dc o n t e n to fo r g a n i c m a h e l ( 5 ) w h e nt h ef e r t i l i z e ra n dc o m p o s ta d di ns o i lw i t hd i f f e r e n tr a t i o ，t h eb e s tr a t i oo ff e r t i l i z e ra n dy m c w a s3 ：1i ny e l l o ws o i l t h eb e s tr a t i oo ff e r t i l i z e ra n dy m co rs i ) cw a s1 ：3i ny e l l o ws o i l ( 6 ) t h ea b s o r p t i o no fp l a n t sw a sc d p b c r , w h e ns l u d g ec o m p o s ta d di ny e l l o ws o i l ，i tw a sp b c d c r i na c i ds o i l t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a lw a sm a xi np l a n tw h e nt h er a t i oo fs l u d g ec o m p o s ta n d 8 摘要 f e r t i l i z e rw a sl ：1 t h ep a p e ra n a l y z e dt h ep o s i t i v ea n dn e g a t i v ee f f e c to fc o r nt a k i n gn i t r o g e n ，p h o s p h o r u $ ，h e a v ym e t a l i n t oc o n s i d e r a t i o n i tc o u l db ec o n c l u d e df r o me f f e c tt h a to p t i m a la p p l i c a t i o nr a t eo fs l u d g ec o m p o s ti s1 ：1 a sf e r t i l i z e ra n ds d ci ny e l l o w ，t h eo p t i m a lr a t i oo ff e r t i l i z e ra n dy m cw a s1 ：3 k e yw o r d ：s l u d g ec o m p o s t d i f f e r e n tr a t i of a r m l a n dn p kh e a v ym e t a l 9 两南大学硕+ 学位论文 第一章文献综述 1 1 污泥资源化研究现状 1 1 1 污泥现状及资源化前景 每年产生的大量城市污泥是我国亟待解决的环境问题。资料显示，2 0 0 8 年，全国废水排放总量 5 7 1 7 亿吨，其中，城镇生活污水排放量3 3 0 0 亿吨，占废水排放总量的5 7 7 ，城镇污水处理率由 2 0 0 7 年的6 0 提高到了2 0 0 8 年的7 0 2 蚶。城市污水得到有效处理的同时，又面临着城市污泥处理 的难题。如果按城市污水处理过程中产生的污泥量约占处理污水总量的l 2 计算，全国2 0 0 8 年 排放的污泥量约4 6 亿吨。城市污泥成分复杂，除了含有大量水分外，含有大量的重金属、病原菌、 寄生虫、有机污染物等有害成分，还伴有恶臭气味1 2 3 1 。未经处理的城市污泥进入环境后，不但对生 态环境和人类活动构成威胁，而且若不及时处理与处置这些城市污泥，就会影响污水处理厂的正常 运行。因此，如何将产量巨大，成分复杂的污泥为无害化、资源化，避免二次污染，己经成为世界 环境界瞩目的课题之一。 1 1 2 污泥常用处置方法及现状 目前，城市污泥处置方法主要有填埋、焚烧，海洋倾倒和土地利用，但是由于海洋倾 表1 _ 1 污泥主要处置方式优缺点与成本比较分析 t a b l 1c o m p a r i s o no fd i f f e r e n ts l u d g et r e a t m e n tt e c h n i q u e s 方式简单 填埋 技术成熟 减容程度大 焚烧 不受气候条件影响 充分利用污泥中营养元素及有机质，实现 土地 资源化利用，节约土地资源，处置费用相 利用 对较低 占用大量土地，选址困难，造成地下水 污染产生大量废弃，需防火防爆 热值低，投资、运行成本高，对操作人 员技术水平要求高，产生大量有害气体 1 5 08 1 7 2 8 0 3 3 5 3 2 2 存在重金属、有机污染物的潜在危害， 4 04 2 8 0 需经解毒处理后方能利用 倒的方法会对海洋环境造成巨大危害，因而被世界各国明令禁止。我国从1 9 9 8 年开始停止采用海洋 倾倒方式处理污泥。因此，目前实际上主要采用的污泥处理处置技术只有填埋、焚烧和土地利用三 种。表1 1 显示了这几种处置方式的优缺点、成本及在各国采用的比例。 l o 文献综述 1 1 2 1 污泥填埋 经过4 0 多年的发展，污泥的土地填埋技术已经趋于成熟。但由于污泥的填埋技术对污泥的土力 学性质要求较高，随着污泥量的增加，以及大面积选址困难，尤其是在人口稠密的国裂4 ，5 1 ，同时市 政建设也正在迅速占用可利用的有限的土地资源。因此，在美国许多地区已明令禁止利用土地填埋 污泥，而英国污泥填埋的比例也在逐年下降。在我国部分地区采用填埋处理污泥，然而多数地区由 于填埋场的选址及运输花费等问题，因而限制了其广泛应用【6 l 。污泥的填埋并未能最终避免环境污 染，只是延缓了环境污染产生的时剐7 l ，例如有害成分的渗漏可能会对地下水造成污染、填埋场废气 排放会污染空气等i s 。由此可知，从多方面来讲，都决定了土地填埋都不是处置污泥可以长久依赖 的方法。 1 1 2 2 污泥焚烧 污泥焚烧是利用污泥中有机成分高以及具有一定热值的特点来对污泥进行处置【吼。以焚烧为核 心的污泥处理方法是较为彻底的处理方法。研究发现，污泥焚烧主要可分为两大类：一类是脱水污 泥直接送焚烧炉焚烧；另一类是将脱水污泥先干化再焚烧 9 1 。与其他的污泥处置方法所不同，焚烧 的优点主要在于其产物为无菌、无臭的无机残渣，可以迅速实现无菌化和减量( 减少6 0 ) 的目的l 旧， 1 1 1 。但由于所需设备、能源及操作费用的限制问题，这一技术尚不具备推广应用的条件f 1 2 1 。另外， 由于污泥中含有大量的有机物，燃烧时会产生大量的有害物质，如二嚼英、二氧化硫、盐酸等气体， 容易造成二次污染【7 1 。同时，形成的重金属的烟雾和污泥烧烬的污泥灰也有可能造成二次污染，灰 烬也没有较好的方法进行处理利用。除此以外，焚烧也浪费了污泥中的大量营养物质【1 3 l 。这些都限 制了该种方法的广泛应用。一般而言，只有在其他处置方法由于环境或十地利用受剑限制时才会采 用。 1 1 2 3 土地利用 污泥中因含有丰富的有机营养成分，如氮、磷、钾等元素，所以能将其利用于十地。有机物的 含量一般为6 0 0 o - 7 0 ，其含量高于农家肥，是肥田、改良十壤、园林绿化建设的好材料，大量接纳 城市生活污泥的十地类型多而广，如农( 林) 业耕地、牧业草地、园林绿地等l l4 。但污泥中也含有大 量病原菌、寄生虫( 卵) ，以及铜、铝、锌、铬、砷、汞等重金属和多氯联苯、二嗯英、放射性核素 等难降解的有毒有害物质，如若不经处理就利用，必将导致士壤污染或水体污染i i 引。因此，污泥的 土地利用应主要研究解决三个方面的问题：污泥中重金属是否会造成十壤及作物的二次污染；污泥 中的病毒、病原体是否会对环境造成影响；氮磷等物质浓度过高是否会造成对地下水的污染i l 1 6 1 。 表1 2 给出的是2 0 0 0 年欧美主要国家的污泥处置状况。从表中可看出，土地利用是欧美主要发达国 家的最主要污泥处置方式，处置量占污泥总量的6 0 以上l i 儿。 相对于填埋、焚烧等处置方式，土地利用则被认为是城市污泥资源化合理而有效的途径。在世 界上的许多国家，城市污泥已作为有机肥料或士壤改良剂j “泛应用于农地、园林绿地、退化十壤的 恢复等方面【1 8 】。在我国，城市污泥经堆肥处理后十地利用也被认为是适合我国 西南大学硕士学位论文 表1 2 欧美等国家的污泥处置状况( 2 0 0 0 年) t a b l 2s l u d g et r e a t m e n ti ne u r o p ea n da m e r i c a ( 2 0 0 0 ) 相对于填埋、焚烧等处置方式，土地利用则被认为是城市污泥资源化合理而有效的途径。在世界上 的许多国家，城市污泥已作为有机肥料或土壤改良剂广泛应用于农地、园林绿地、退化土壤的恢复 等方面i i 川。在我国，城市污泥经堆肥处理后土地利用也被认为是适合我国国情的处置方式1 1 9 1 。我国 2 0 0 9 年实施的城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策( 试行) 鼓励污染物符合农 用污泥中污染物控制标准( g b - 4 2 8 4 ) 限值的城市污泥经高温好氧发酵后土地利用。因含丰富的有 机质、氮、磷和其他植物必需的营养元素，城市污泥土地利用不仅可以减少废弃物的产生量，还可 有效改善土壤理化性质和生物学性质，提高土壤肥力及作物产量【2 们。由于其工艺过程简单，占地面 积小，投资少，不仅解决了环境问题，而且可以变废为宝，具有较好的经济、环境效益，污泥堆肥 后的土地利用是目前污泥最终处置和再利用的最经济可行的办法【2 l 】。 1 2 1 污泥堆肥土地利用技术 1 2 1 1 污泥堆肥化处理概述 堆肥化处理，是指在微生物的作用下把有机废物转化成类腐殖质的过程，产生的堆肥产品可有 效地用作土壤改良剂和肥料。在我国，动物粪便及植物残体等的堆肥化处理已有上千年的历史。自 2 0 世纪7 0 年代以来，在j 【业发达的国家，随着城市污水处理厂的建设、其处理水平的提高及污水 污泥的增加，人们的目光已转向为农业和园林应用堆制高品质的污泥肥料。污泥并不是疏松的物料， 容易结块，过筛后的污泥颗粒细密，不利于通气供氧，使发酵处于厌氧状态容易产生恶臭，因而不 能好氧消化【2 2 1 。冈此，还应加入调理剂和膨胀剂，以调整物料状况，满足堆肥工艺或设备对物料的 要求。 调理剂是指可加入堆肥化物料中的有机物，主要作用在于增加物料中可降解的有机物数量，增 加能量，改善物料结构，使与空气接触的面积增加，以利于需氧发酵的进行。理想的调理剂应是干 燥、较轻、易分解的，如秸秆、锯末、垃圾等。膨胀剂是指用有机或无机物制成的三维同体颗粒， 加到堆肥化物料中，有足够大的空间来保证物料与空气的充分接触，并能依靠颗粒间的接触起到支 持作用，常用的膨胀剂有轮胎碎块、花生壳、玉米蕊、截断的玉米秸秆等。 根据污泥的组成和微生物对混合堆料中c n 、c p 比、颗粒大小、通气量、水分含量和p h 等要 求，给其中加入一定量的调理剂和膨胀剂，保持合适的水分，然后进行堆沤，利用堆肥材料中的微 生物分解有机物产生的热量，使堆体温度达到6 0 c - - 一7 0 。c ，从而使堆料中有害的病原菌及寄生虫卵 达到无窖化，同时堆料中有机碳转化为稳定性较高的腐殖物质【2 3 1 。经过堆肥化处理后，污泥的物理 性状改善，含水量降低，疏松、分散、细粒状，便于储藏、运输和使用。 1 2 文献综述 污泥经处理后可用于农田的施肥，垦荒地等受损土壤的修复及改良、园林绿化建设、森林土地 施用，以及尾矿堆、露天矿坑的固定等。土地利用已越来越被认为是一种积极有效的污泥处置方式。 一般情况下，城市污水处理厂处理后的污泥重金属及其它有毒成分浓度都较低，且含有农作物生长 所必需的肥料成分n 、p 等。其有机腐殖质是良好的土壤改良剂，若用在园林、森林土地上，可改 善树木、草坪、花卉的生长情况，不会进入食物链，对人类健康没有影响，是一种较好的污泥利用 途径，可产生较好的环境、经济效益。通过土地利用可使污泥达到稳定化、无害化、资源化的目的。 1 2 1 2 污泥堆肥的土地利用 污泥堆肥是一种特殊的高效肥料，其中含有大量的有机质、氮、磷、钾等植物营养成分，有机 质含量达2 0 8 0 ，全氮含量达2 - 8 ，全磷含量达1 5 5 1 2 4 1 。人类社会发展的重要物质基础在于土 壤资源的可持续利用。从自然界的循环观点来看，污泥的最终归宿是土壤；而从土壤养分的观点来 看，污泥中含有大量植物生长所必需的元素，其成分也与土壤接近，在很多方面更优于土壤。所以， 无论从土壤学还是植物学方面考虑，污泥堆肥的土地利用都是一种良好的、资源化的利用途径。 污泥的士地利用可以有多种方式，如污泥农用、污泥的林地利用、污泥用作草皮基质、污泥用 于荒废矿山等，所有将污泥归还与土地的利用方式都可以称为污泥的_ 十地利用。其中被广泛采用的 利用方式主要有园林绿地利用和农田耕地利用两种。 ( 1 ) 污泥堆肥的绿地利用 污泥堆肥用于城市园林绿地，不仅避免了堆肥化产物进入食物链，减少了运输费用，而且为城 市园林绿地提供了高效、可观的有机肥。许多学者研究表明，污泥堆肥作为草坪基质能明显提高黑 麦草的地上和地下生物量的叶绿素含量，使植物的绿色期延长，并能促进植物叶片对氦的吸收，提 高草坪的质量，同时使草坪十壤的理化性质有了较为明显的改善i 2 5 ，2 6 1 。m u r r a y 研究发到2 7 1 ，施用污 泥堆肥的草坪，其土壤的吸热、吸水与保水、保温能力较之以前增大，使草坪草的发芽率比普通肥 料处理的高。同时，还可使草坪单位面积重量减轻3 6 。薛澄泽掣蠲】还对污泥堆肥施用于高速公路 绿化带以后对植物生长的影响进行了研究。由于高速公路绿化带十壤多为生士，植物很难良好生长， 研究结果表明，施用污泥堆肥后，植物生长情况及响应良好，表明污泥堆肥具有明显的后效。 ( 2 ) 污泥堆肥的农地利用 农田的连续耕作使得植物根系对矿物质不断获取，十壤中有机质、矿质元素都很缺乏。而将污 泥堆肥施入土壤后，能改变土壤的理化性质，使土壤氮、磷、钾含量增加，调节土壤p h 值，促进 土壤团粒结构的形成，十壤透水性、蓄水保肥性、通气性及耕作性都有所改善。因为污泥堆肥本身密 度小。不仅能增加十壤的孔隙度，显著减少十壤的容重，还可增加士壤的孔隙容积，减少土壤地面 冲刷，进而减少田间径流引起的植物养分损失，增加十壤的持水能力，从而提高十壤水分含量。污 泥堆肥施用于农田土壤能改良土壤结构，疏松土壤，给十壤水分和空气提供快速进出的通道。粘重 的土壤施入污泥堆肥后，可有利于团粒的形成，并提高团粒的稳定性1 2 引。 陈同斌等【3 0 l 进行盆栽试验，结果表明，城市污泥堆肥不仅可以明显提高栽培基质的有效氮、磷 含量，而且可以增强栽培基质的保水性能以及植物的抗旱能力。但据报道，污泥堆肥中有机物含量 明显减少，不会导致农作物中有机污染物的吸收累积【3 。堆肥的施用一方面使土壤中有机质、各养 分含量增加，微生物活动增强、数量增加，另一方面也使得作物和十壤中的重金属含量有不同程度 1 3 西南大学硕士学位论文 的提高【3 劫。 1 2 3 污泥堆肥土地利用研究现状 1 2 3 1 污泥堆肥土地利用过程中的重金属研究 污泥堆肥的施用过程中，最普遍受到关注的就是重金属元素的问题，美国环保协会已公布了堆 肥中1 0 种重金属的最大含量1 3 3 】。一般认为，过量施用污泥会导致重金属在植物体内富集，进而通 过食物链在动物和人体内累积，对环境和人类造成严重的危害。污泥堆肥是一种降低污泥中重金属 活性的简单有效的方法，研究表明经过堆肥后重金属的活性被钝化，故可以有效降低其生物有效性 3 4 1 。蔡全英等3 5 1 研究了以稻草为调理剂对城市污泥进行堆肥，结果表明堆肥化处理后c u 的有机结 合态含量显著高于其他形态的含量，占全c u 量的7 0 2 e 旷7 6 o 。杨玉荣等【3 6 1 对污泥与不同填料配 比进行堆肥处理，研究发现堆肥中重金属总量并没有降低，但重金属的生物有效性却有所降低。污 泥堆肥中添加糠醛渣、秸秆粉末、花生壳粉比添加粉煤灰、糠醛渣、花生壳粉更有利于降低重金属 的有效性。郑国砥等p7 j 对猪粪好氧堆肥过程中重金属形态的研究，研究发现猪粪堆肥化处理后，可 交换态c u 、z n 、c r 、a s 的浓度显著降低，硫化物及有机结合态、残渣态重金属的浓度相应升高。 另有研究报道，污泥施用于农作物中能引起青菜的z n 、c u 和c d 的污染，以及小麦、玉米的 h g 和c d 的污染。但对谷子、玉米和白菜的研究表明，当污泥施用量达到2 4 0 t h a 1 时，植物的可食 用部分中重金属元素的含量未超标【3 引。 1 2 3 2 污泥堆肥土地利用的有机物危害研究 ， 目前，对污泥农用后有机污染物在农业环境中的行为和归宿缺乏足够的了解，导致对其风险评 价存在严重分歧。但一般认为，污泥农用后，土壤中有机污染物的环境行为主要有：吸附、挥发、淋 滤、植物吸收和动物消化以及生物降解或非生物降解。这些过程往往同时发生而且相互作用。 污泥农用后，部分有机污染物在十壤中会累积。j o u r a i p h y l 3 9 1 研究发现污泥改良区土壤中的p a h s 的浓度与对照区相比高5 l o 倍，苯并( a ) 花( 8 a p ) 的浓度为2 0 0 u g k g 1 ，其它p a h s 的浓度为 3 0 3 0 0 u g k 9 1 ，若污泥未经处理而直接农用，会增加生物接触程度。然而，s i n g h 掣4 0 l 认为污泥农用 并不是有机污染物累积的主要原因，污泥中有机污染物对环境影响很小，人体从污泥改良土中吸收 的有机污染物的量很少，污泥农用对人体健康没有负效应，对生态系统也不会有负效应。 1 2 3 3 污泥堆肥土地利用的养分元素变化研究 将污泥堆肥化施入土壤后，土壤化学及微生物特性明显得到了改善，土壤的c e c ( 阳离子交换 量) 值也得到了显著提高，而土壤对酸碱的缓冲能力也得以改善，这为士壤养分交换和吸附提供活性 点，进而提高十壤对化肥的利用率。同时，污泥的土地利用，不同程度地提高了十壤中n 、p 等营 养元素成分及有机质含量。据王新等的研究结果表明l ，施用污泥堆肥1 年后，不同处理量的污泥 其有机质含量与对照相比，分别增加了1 6 3 9 和6 3 0 5 ，全n 、全p 含量与对照相比，分别增加 了6 1 2 9 和1 3 2 、1 2 4 8 和2 9 3 6 ，土壤中各种养分的含量旱明显的递增趋势，这说明污泥的土 地利用确实能提高土壤的养分含量，也能有效改善士壤肥力水平。根据郭媚兰、张增强等的研究发 现1 2 2