（土壤学专业论文）生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究.pdf

华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 摘要 随着世界人口经济增长，自然资源消耗的加剧，环境污染问题日趋严重。各国 污永处理厂的大量兴建，有效缓解了城市生活污水和工业污水对环境的污染i 大量 垃圾填埋场的建造，也处置了污泥，垃圾等废弃物，但随着城市的扩张，污泥和垃 圾的增量与当前容量之间矛盾的日益激化，必然要求进行污泥和矿化垃圾消纳能力 建设的研究，于是延长填埋场使用寿命的废弃物利用技术越来越被各国所重视。我 国自然资源相对短缺，因此，废弃物的资源化利用研究也就显得尤为重要。 污泥和矿化垃圾中含有丰富的氦、磷、钾等营养元素，其资源化利用已成为当 今研究的热点，但污泥和矿化垃圾中的氮、磷及重金属是否会造成环境的二次污染 是制约污泥和垃圾资源化利用的关键因素，国内外许多学者都针对这一问题进行过 研究，但系统性、经济性和实用性还未达到相应的要求。因此本课题通过研究污泥 堆肥和矿化垃圾在园林绿地上利用时土壤植物系统中的氮、磷平衡和迁移转化， 以及对环境影响效应的探讨，从正负效应平衡中找出污泥堆肥和矿化垃圾园林利用 时的最佳适用量，从而为污泥堆肥和矿化垃圾大规模园林绿化利用提供理论支持。 本课题实验所用污泥为上海程桥污水处理厂的生活污泥，已经堆肥化处理。矿 化垃圾为上海老港填埋厂已填埋1 0 年的垃圾。通过w 、l 、w l 系列不同处理，设 计了盆栽和模拟土柱两套实验体系。盆栽实验相对简化，测试误差小，可以较精确 地阐述土壤植物系统的氮磷平衡和迁移问题。模拟土柱淋洗实验进一步探讨了污 泥堆肥和矿化垃圾施加后对土壤和环境系统的影响。两套实验互为补充，阐述了氮、 磷的迁移转化以及重金属对环境的影响。 盆栽实验表明：污泥堆肥和矿化垃圾施用量与植物生物量之间存在一定的剂量 关系。污泥堆肥和矿化垃圾施用量与作物生物量呈明显正相关，污泥堆肥和矿化垃 圾具有缓释肥料作用，保持了肥料的持续性。污泥堆肥和矿化垃圾处理可以提高土 壤中有效氮、磷、钾含量，并且差异均达到显著水平。然而污泥堆肥和矿化垃圾中 含有重金属和有机污染物等有害成分，所以在施用时应控制其用量；污泥堆肥在施 用量超过2 0 后，植物生长初期受到一定的抑制作用，因此2 0 施加量以成为污泥 堆肥施加的上限。矿化垃圾在施用量超过5 0 后，植物生长初期受到一定的抑制作 用，因此5 0 施加量以成为矿化垃圾施加的上限。 模拟土柱淋洗实验表明：施用污泥和矿化垃圾后淋滤液中p h 呈下降趋势，e c 和总氮都有显著的增加，硝态氮增加特别明显易造成地下水污染，磷素变化不大， 污染地下水的可能性较小。矿化垃圾对氮素的去除作用不明显，反而增加了淋滤液 中的氮素含量，但对磷去除效果明显。因此，在利用矿化垃圾来取代土壤时，应注 意矿化垃圾中氮，特别是硝态氮对地下水的污染。对于淋滤液中重金属，利用污染 练合指数法分析，结果表明淋溶的不同阶段对地下水易造成污染的金属元素有所不 生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究 同，需要分阶段进行监控。淋溶初期需监测【a s 】，【c r 】。【c o ，【c 啊和【m n 】；淋溶中 期需监测【n i 】和【p b 】；淋溶末期需对【】进行监测。综合污染指数评价表明矿化垃圾 以及矿化垃圾与污泥混合土壤的淋溶液对地下水造成潜在污染的最关键因子为 【m n ，其次是【f c 】。 本课题通过盆栽、模拟土柱两套实验体系中氮、磷平衡分析，以及重金属对环 境影响评价，从而确定污泥堆肥和矿化垃圾在上海城市绿地上的最佳施用量分别为 5 一1 0 和5 0 。 关键词：污泥堆肥矿化垃圾园林绿化氮磷淋失重金属 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 a b s t r a c t a st h ew o r l dp o p u l a t i o ni n c r e a s i n gq u i c k l ya n dt h ee c o n o m y 孕o w i n gf a s t ，t h e n a t u r a lr 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 f t l y , t h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o nh a sb e c o m ei n c r e a s i n gs e r i o u s i nr e c e n ty e a r s ，m a n ym u n i c i p a lp l a n t sf o r s e w a g et r e a t m e n th a v eb e e nb u i l t ，w h i c he f f e c t i v e l ya l l e 咖et l a ep o u u f i o no fw a t e r e n v i r o n m e n tc a u s e db yd i s p o s i n go fm u n i c i p a ls e w a g ea n di n d u s t r i a lw a s t ew a t e r a tt h e s a m et i m e ，an u m b e ro fl a n d f i l l sh a v eb e e nb u i l tt of i l lt h em o n i c i p a ls o l i dw a s t e s s i n c e t h ec o n s t r u c t i o no fn e wl a n d f i l l si sb e c o m i n gm o l ea n dm o r ed i f f i c u l t ，i ti sf e a s i b l et o e x c a v a t ea n du t i l i z et h ea g e dr e f u s ei nl a n d f i l l s ，b yw h i c hi ti sp o s s i b l et og r e a t l ye n l a r g e t h el a n d f i l l c a p a c i t ya n de x t e n dt h es e r v i c e p e r i o do ft h el a n d f i l l ，s i n c et h en a t u r a l r e s o u r c e si nc h i n ai ss os e r i o u s l ys h o r t ，t h er e s e a r c ho nr e s o u r c e sr e c y c l ei se v e nm o r e i m p o r t a n tt h a ne v e r a d u et ot h el a r g ea m o u n to fn u t r i t i o ne l e m e n t ss u c ha sn i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n d p o t a s s i u m ，u t i l i z a t i o no fs e w a g es l u d g ea n da g e dr e f u s ei sb e c o m e sa ni m p o r t a n tt o p i ci n c u u r e n tr e s e a r c h ah o w e v e r , t h ee x c e s so fn i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n dh e a v ym e t a l si n s e w a g es l u d g ea n da g e dr e f u s ei st h ec r i t i c a lf a c t o rt h a tl i m i t s t h eu t i l i z a t i o no fs e w a g e s l u d g ea n da g e dr e f u s ei ns o i l m a n ys t u d i e sf o c u s e do nd e c r e a s i n ga n dr e d u c i n gt h e p o i s o n o u se f f e c to ft h e s em a t e r i a si ns e w a g es l u d g ea n da g e dr e f u s e ，b u tt h ef e a t u r s y s t e m , e c o n o m ya n df e a s i b i l i t ys t i l lc a n n o tm e e tt h ep r a c t i c a ld e m a n d s b ys t u d y i n go n t h ee q u i l i b r i u ma n dt r a n s f e ro fn i t r o g e n ，p h o s p h o r u si ns o i l - p l a n te c o s y s t e m ，a n dt h e i r e n v i r o n m e n t a le f f e c t s ，t h i sd i s s e r t a t i o na i m st of i n da w i d el a p p l i c a t i o no f s l u d g ec o m p o s t a n da g e dr e f u s et og r e e na r e a ，w h i c hm a ys u p p o r tt h et h e o r ya n dp r a c t i c a lg u i d ef o rt h e g a r d e nu t i l i z a t i o no f s 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 e p e r f o r m a n c eo fp o t t e de x p e r i m e n ta n dl e a c h i n g e x p e r i m e n to fr y e g r a s su s i n gt h ed e w a t e r e ds e w a g es l u d g ef r o ms h a n s h a ic h e n q i a o w a t e rq u a l i t yp u r i f y i n gf a c t o r ya n da g c dr e f u s ew h i c hh a sa b o u t1 0y e a r sf i l l e df o r m s h a n g h a il a o g a n gl a n d f i l l 。u s i n gw 、l 、w l s e r i c ea n ds e v e r a lm i xr a t e so f t h es h a n g h a i l o c a ls o i l sw i t ht h eq u i c kc o m p o s t s l u d g ea n da g e dr e f u s e t h ep o t t e de x p e r i m e n td e m o n s t r a t e dt h a tt h e r ee x i s t sd o s e - e f f e c t r e l a t i o n s h i p b e t w e e ns l u d g ec o m p o s ta n da g e dr e f i m ea p p l i c a t i o nr a t ea n dp l a n tb i o m a s s w i t ht h e a p p l i c a t i o no fs l u d g ec o m p o s ta n da g e dr e f u s e , t h eb i o m a s so ft u f f g r a s si n c r e a s e ss l u d g e c o m p o s ta n da g e dr e f u s eb r o u g h ti n t op l a ya c t i o ni ns l o w - r e l e a s ef e r t i l z a t i o n i na d d i t i o n , s l u d g ec o m p o s ta n da g e dr e f u s e r e p r o v et h et o t a la n de f f e c t i v en u t r i e n tc o n t e n t so fn 、p 生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究 a n dki ns o i l b u tt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l sa n do r g a n i s m sh a v et h en e g a t i v ei m p a c to n b u r g e o nw h e nt h es l u d g ec o m p o s ti n c r e a s e dt o2 0 t h u s ，t w e n t yp e r c e n t a g e i s r e c o m m e n d e da st h em a x i m u ma p p l i c a t i o nr a t e a g e dr e f u s ea l s oi st h i s ，s oa g e dr e f u s e d o s a g es h o u l dc o n t r o lb e l o w5 0 as i m u l a t e de o l u u me x p e r i m e n tw a sp e r f o r m e dt oa n a l y z et h ee f f e c t so f n i t r o g e na n d p h o s p h o r u sf r o ml i v i n gs e w a g es l u d g eo fm u n i c i p a la n da g e dr e f u s em o v e m e n to nt h e u n d e r g r o u n dw a t e r , a n do nt h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sb ya g e dr e f u s e t h e r e s u l ts h o w st h a tt h ep hv a l u et e n d st ob e c o m el o w , b u tt h et o t a ln i t r o g e na n de cv a l u e i n c r e a s ea p p a r e n t l yw h e nt h es e w a g es l u d g ea n da g e dr e f u s ea r eu s e di ns o i l s i na d d i t i o n ， t h en i t r a t ei n c r e a s e s s i g n i f i c a n t l y s oa st o p o l l u t et h eu n d e r g r o u n dw a t e r , w h i l e p h o s p h o r u sc h a n g e sl i t t l ea n dh a ss c a r c e l yc h a n c et op o l l u t et h eu n d e r g r o u n dw a t e r i th a s l i t t l ee f f e c to nr e m o v a lo fn i t r o g e nb yu s i n ga g e dr e f u s eb u th a ss o m ei m p a c to nr e m o v a l o fp h o s p h o r u sf r o ml e a c h a t e s ，w h i c h , h o w e v e r , i n c r e a s e st h en i t r o g e nc o n t e n ti nt h e l e a c h a t e s t h e r e f o r e ，a t t e n t i o ns h o u l db ep a i dt ot h ep o l l u t i o nb yn i t r o g e ne s p e c i a l l yn i t r a t e w h e nt h ea g e dr e f u s ei su t i l i z e dt or e p l a c es o i l s t h ep a p e rs t u d i e do fh e a v ym e t a l si n a g e d r e f u s ea n d s l u d g ec o m p o s tw h i c h m i xw i t h s l u d g et h r o u g hs o i l c o l u m n e x l 谢m e n t t h ep o l l u t i o nc o m p r e h e n s i v ei n d e xm e t h o di su s e dt oa n a l y z et h ee f f e c t so f h e a v ym e t a lm i g r a t i o no nu n d e r g r o u n dw a t e r t h er e s u l ts h o w st h a td i f f e r e n th e a v y m e t a l sw i l lp o s ep o t e n t i a ld a n g e rt ou n d e r g r o u n dw a t e ra td i f f e r e n ts t a g e so fl e a c h a t es 0 t h es u p e r v i s i o ns h o u l db ec o n d u c t e da c c o r d i n gt os e p a r a t es t a g e s 陋】，【c r 】， c o l ，【c u 】 a n d 【m n 】s h o u l db es u p e r v i s e da te a r l y s t a g eo fl e a c h a t e ；【n i a n d 【p b 】a tm i d d l es t a g eo f l e a c h a t e ：【f e 】a tl a t e rs t a g eo fl e a c h a t e ：t h ea s s e s s m e n tb yp o l l u t i o nc o m p r e h e n s i v ei n d e x m e t h o ds h o w st h ek e yf a c t o rt op o l l u t eu n d e r g r o u n dw a t e ri na g e dr e f u s ea n di t sm i xw i t h s l u d g ed u r i n gl e a c h a t ea r e 【1a n d 【f e b yb a l a n c ea n a l y s i so fs o i l e n v i r o n m e n t a le c o s y s t e mi np o te x p e r i m e n ta n dl e a c h i n g e x p e r i m e n ta f t e ra p p l i c a t i o no fs l u d g ec o m p o s ta n da g e dr e f u s es h o w e dt h a tn 、pa n d h e a v ym e t a l si nm i x e ds o i l i tc o u l db ec o n c l u d e df r o me f f e c tb a l a n c et h a tt h eo p t i m a l a 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 s5 - 1 0 a n da g e dr e f u s ei s5 0 f u rg a r d e n i n g k e yw o r d s ：s l u d g ec o m p o s ta g e dr e f u s eg a r d e nv i r e s c e n e en i t r o g e np h o s p h o r u s l e a c h a b i l i t 】，h e a v ym e t a l s 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 是否保密 否如需保密，解密时间年月日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定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做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名：王努珍时间：矽，) 年6 月f 日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定”，即学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电 子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论 文的全部或部分内容。 。 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 一躲巍穆一谚啊 签名日期：才7 年6 月7 1 1 3 签名日期：矽移年6 月z 日 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 】- 1 课题研究背景 1 1 1 课题来源 第1 章绪论 本课题是上海市科委标准专项( n o 0 5 d z 0 5 0 4 1 ) ，“城市生活污泥在上海园林 绿化上应用的技术坜潍7 ，和上海市绿化局专项( n o j 及0 5 0 2 0 5 ) “城市有机废弃物土 地利用的示范研究”中的部分内容，目的是利用处理处置难的城市有机废弃物修复 地力贫瘠的上海城市绿地，促进循环经济产业在上海城市建设中的实现。 1 1 2 上海市污泥和矿化垃圾现状及资源化前景 上海人口众多，工业发达，每天产生大量的废弃物，其中问题较严重的是污水 处理厂产生的污泥和生活垃圾数量巨大。根据上海市水环境污染治理规划，b 缸 海市2 0 0 5 年的污水量约为5 1 7 万m 3 d ，2 0 1 0 年的污水量将超过5 3 0 万m 3 a ，2 0 2 0 年的污水量则达到5 5 8 万m 3 d 。随着上海市污水处理量的提高，污泥产量也将大幅 度增长。预计在2 0 1 0 年和2 0 2 0 年上海市污泥产量将分别达到8 6 8t d 、9 1 4t d 。 目前上海市污泥除石洞口污水厂采用焚烧处理，程桥污水厂采用好氧堆肥处理的方 式外，大部分污水厂污泥还是采用脱水后外运或填埋的方式。 当前，上海市日产生活垃圾1 5 0 0 0 吨，数量极其庞大。上海市对生活垃圾的处 理方式基本上还是采用卫生填埋的方式。最典型的生活垃圾填埋场如老港垃圾填埋 场，于1 9 8 5 年筹建，至2 0 0 3 年年底，已经填埋生活垃圾3 0 0 0 万吨。其它如宝山 顾村垃圾场、浦东三林塘垃圾场、华漕黎明村垃圾堆场等共有2 0 0 多座，占用大量 土地。垃圾在填埋8 年后性质基本稳定，其中的有机成分占总量的5 0 被成为“矿 化垃圾”，是一种有价值的资源材料。 随着城市的扩建，上海市土地资源越来越紧缺，若干年后，上海市将面临无地 填埋污泥或垃圾的局面，污泥和垃圾的增量与当前容量之间的矛盾，必然要求进行 对污泥和垃圾消纳能力的建设研究，于是延长填埋场地使用寿命技术在近些年被提 上了日程。其中矿化垃圾的出路问题是填埋场复用技术的关键所在，也是这一领域 的热点问题，受到越来越多的专家学者的关注。另外，污泥等废弃物的外运对其它 区域产生二次污染，这种做法本身就不科学，焚烧成本高，因此寻找经济又环保的 l 生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究 有机废弃物处理处置方式是上海当今城市建设中面临的问题。 上海市一方面面临大量污泥和垃圾急待处理处置的难题，另一方面又面临土壤 资源紧缺，地力贫瘠不能满足园林植物生长的需要的问题。上海市委、市政府已提 出到2 0 1 0 年建成生态型城市的要求，近年来“大兴建绿”使上海城市绿化有了显著 的改观，绿化面积从1 9 9 8 年的人均绿地2 ，9 6 m 2 增加到现在的9 1 6 m 2 左右( 王军辉 等，2 0 0 5 ) 。根据上海市园林绿化建设系统专业规划( 上海市绿化局，2 0 0 0 ) 预计 2 0 2 0 年绿地总量将达到2 3 0 2 4 0 k m 2 ，形成“一环十六廊、三带十九片”的城市森林 生态系统，总计森林绿化增加面积1 2 0 0k m 2 。 土壤质量直接关系到植物的长势和绿地生态景观效果的发挥，上海城市土壤普 遍存在质地粘重、有机质含量低、通气性差和p h 高等缺陷是限胄g 上海缘化发展的 “瓶颈”问题之一，需要对其加以改良( 程五良，2 0 0 4 ) 。污泥和垃圾中含有丰富的 氮、磷、有机质等植物生长所需养分，可改良土壤结构，提高土壤肥力和持水能力 ( n a n c y e r o e 1 9 9 8 ) 。如果能够把污泥堆肥和垃圾应用于城市绿化，既可以解决部 分污泥和垃圾的处理处置难题，节约土地和运输成本，又可以解决上海绿化种植土 壤短缺和改善土壤质量，对提高上海城市生态环境建设有双层重要意义。虽然污泥 和垃圾的土地利用价值非常高，但还含有大量的有机物、重金属以及许多病原体、 寄生虫卵等有毒有害物质( 张增强等，1 9 9 6 ) ，若使用不当带来的环境影响也是不 容忽视的，因此开展污泥和矿化垃圾在上海城市绿地上应用的环境影响和对植物的 生长效应的评价，为其在上海城市绿地上的合理应用提供科学依据。 1 2 污泥和矿化垃圾的处理 1 2 2 污泥常用的处置方法及国内外研究进展 污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质以及从污水表厦撇出的浮沫残渣，它包 括混入生活污水或工矿废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮 状物，各种胶体、有机质及吸附的重金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合 固体物质( l e ed j2 0 0 0 ) 。污泥处理处置的目的在于减量化、稳定化、无害化和资 源化。污泥处理处置途径很多，但因国家或地区情况的不同两存在很大的差异，当前 主要的处置方法有卫生填埋、焚烧和土地利用。 ( 1 ) 卫生填埋：卫生填埋是在传统填埋的基础上发展起来的，其优点是方法简 单、投资少、容量大、见效快、但也存在释放有毒气体、渗滤液对地下水的污染等 问题，且当前又面临填埋场地缺乏、投资日需增多等问题( 杨毓峰，2 0 0 0 ) 。 ( 2 ) 焚烧：处理效果好，使污泥矿物化并减至最小量，可部分利用能量。但 2 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 其成本高、工艺复杂且易造成二次污染等，当前仍没有大规模投入使用。 ( 3 ) 土地利用：运行成本低，可资源化利用污泥，实现了自然界内物质的循环 利用。但污泥含有重金属和病原体等有害物质，存在二次污染的可能性，因此必须 在土地利用之前必须进行处理( h o m i c ksbe ta 1 ，1 9 8 4 ) 。 基于社会、经济、环境等方面的考虑，地利用在发达国家已成为一条重要的 污泥处置途径。在国外，污泥及其堆肥作为肥料农用已有多年历史。如美国污泥土 地利用量占污泥产出总量的3 3 ，英国占5 5 ，法国占5 0 ，葡萄牙高达8 0 。美 国还专门制定了污泥土地利用法规御s e e a ) ( 温琰茂，1 9 9 7 ；mcg r a t hs pe t a 1 ，1 9 9 4 ) ，日本成立了污泥还田指导委员会，指导污泥在土地上合理利用( 周立祥等， 1 9 9 9 ) 。将污泥作为有机肥施用到土壤中，利用有机物质在土壤中的物理、化学、 生物等作用来保持土壤肥力( k a s i ad e b o s zc ta 1 ，2 0 0 2 ；r a l b i a c h ae ta 1 。2 0 0 1 ) 。表1 是部分国家和地区污泥处置方法的分配情况。 袭1 部分国家采用不同方法处理污泥的比例( 1 9 9 8 年) ( 赵丽君等。2 0 0 1 ) t a b 1 t h e p e r c e n t o f v a r i o u s d i s p u s a l f o r s l u d g e i ns o m e c o u n t r i e s 单位：( ) 我国污泥土地利用也有较长历史，如上世纪6 0 年代北京高碑店污水处理厂的污 泥大多数被当地的农民施用于土地。接下来几十年。我国污水处理事业飞速发展， 污水处理厂已由当时的几家发展到现在的3 0 0 多家，相应的污泥年产量已达3 0 多万 吨。关于污泥农用的研究，经过“七五”、“八五”、“九r 五”几个阶段的努力，已经有 几十家研究单位正在进行，就污泥的肥效、科学施用、污泥有害成分的潜在威胁及 3 生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究 其防治对策等方面做了一定的工作，取得的显著成果( 乔显亮等，2 0 0 0 ) 。但我国 污泥土地利用的实际比率与发达国家相比还存在很大差距，究其原因，一方面是我 国经济实力所限，在国外一般污泥的处置费用占整个污水厂运行费用的1 3 以上，而 我国还没有专门的污泥处置费用；另一方面是我国污泥处理起步较晚，缺乏设计、 运行及有关的政策扶持。随着污泥产量日益增加而填埋场地的减少，处置污泥将成 为我国城市建设中一个棘手问题。 1 2 2 矿化垃圾的处置方法及国内外研究进展 矿化垃圾的概念与垃圾在填埋场中的稳定化过程密切相关。矿化垃圾的理化性 质与土壤相类似，同时又具有优良的生物学活性，使其资源化利用成为可能( 刘丹 和李启彤2 0 0 4 ) 。同济大学赵由才课题组首次提出了矿化垃圾这一概念，用来泛指 在填埋场中填埋多年，基本达到稳定化，已可进行开采利用的垃圾。张华和赵由才认 为垃圾填埋场封场数年之后，垃圾中易降解物质完全或接近完全降解，垃圾填埋场 表面沉降量非常小，垃圾自然产生的渗滤液和气体产生量很少或不产生，垃圾填埋 场达到稳定化状态即达到无害化，此时的垃圾称为矿化垃圾( 张华和赵由才，2 0 0 4 ) 。 当前矿化垃圾的主要处置方式有： ( 1 ) 土地利用矿化垃圾的土地利用包括农田施用、林地施用、园林绿化建设 应用、受损土壤的改良和修复等。 ( 2 ) 处理废水和废气矿化垃圾经过垃圾渗滤液的洗沥，垃圾之间的物理、化学 作用及微生物生长、繁殖和固着作用，使得矿化垃圾颗粒形成良好的稳定的多孔结 构，具有巨大的表面积以及丰富的微生物，此外，矿化垃圾还具有磷吸附容量大和 吸附态磷的解吸率低的特点。所以，矿化垃圾可作为生物反应床的主要填料，用于 处理废水和废气等。 ( 3 ) 作为填埋场覆盖土矿化垃圾可以作为卫生填埋场的日覆盖材料和终场覆盖 系统的营养层以及生物反应器，作为填埋场的临时覆盖材料，覆盖于垃圾表面，以 防垃圾飞扬、蚊蝇滋生，清除垃圾对环境的恶臭污染以及最大限度地防止雨水的下 渗。 美国佛罗里达n a p l e s 填埋场、纽约e d i n b u r g 填埋场、f r e yf a r m 填埋场等进行了 填埋场开采计划，其目的是减少填埋场的封场费用，减少对地下水污染的风险，回 收利用可燃性废物，挖掘出来的泥土重新作为填埋场覆盖土，以及重新利用垃圾中 可回收的资源如金属、塑料、橡胶等。国内对矿化垃圾进行开采利用的较少，上海 一些旧的垃圾堆场和老港填埋场联合同济大学、华东师大等高校在这方面作了一定 的研究( 张华和赵由才，2 0 0 4 ) 。 4 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 1 3 污泥和矿化垃圾的土地利用 1 3 1 污泥的土地利用概述 污泥中含有丰富的有机质、n 、p 、k 等营养元素以及植物所必需的各种微量 元素c a 、m g 、c a 、7 _ a 、f e 等，进行土地利用能够改良土壤结构，增加土壤肥力， 促进作物的生长。污泥土地利用主要指用于农田、森林、垦荒地、育苗、观赏植物、 草皮、草地、公园、高速公路的绿化带和高尔夫球场以及尾矿堆，采石场、露天矿 坑等用于恢复植被、建筑供游乐的海岛等，是一种积极有效而且安全的污泥处理方 式( 蒋成爱等，1 9 9 9 ；孙颖等，2 0 0 2 ) ，符合当前可持续发展的战略目标。 从国内外污泥处置的研究来看，污泥土地利用即处置了大量污泥，减缓了环境 压力，又改良了土壤、培肥地力。污泥的土地利用不仅改普土壤的物理化性质而且 提高土壤的阳离子代换量，改善土壤对酸碱的缓冲能力，提高养分交换和吸附的活 性点，从而提高对化肥的利用率( 乔显亮等，2 0 0 0 ：薛澄泽等，2 0 0 0 ；殷宪强2 0 0 4 ) 。 在国外，许多国家直接把污泥施用于土地中，其中林地和绿化用地使用率较高， 由于园林绿地植物不进入食物链，因此其土地利用风险性比其它农用方式要小。污 水厂污泥就近用于绿化不仅节约了运输费用，肥料费用，而且处置了污泥，是一种 很好的处置方法，具有较好的经济、社会和环境效益。 1 3 2 矿化垃圾的土地利用概述 矿化垃圾经过多年的厌氧发酵，除玻璃、金属、橡胶、塑料等一些无机物质或 有机难降解物质外，大部分有机质都得到了较充分的降解，使垃圾变为一种类似腐 殖质的颗粒状士壤物质，含一定的氮、磷、钾等营养元素，有机质含量达8 0 9 k g 以 上，矿化垃圾经筛分处理后便可得到细料。这种细料可作为有机肥料或土壤改良剂， 进行土地利用。矿化垃圾的土地利用包括农田施用、林地施用、园林绿化建设应用、 受损土壤的改良和修复等( 詹艳慧等，2 0 0 5 ) 。 矿化垃圾的土地利用处置了大量矿化垃圾，是延长了填埋场使用的寿命前提， 为垃圾堆放场及填埋场的场地复用打下坚实的基础，同时又为我国的城市生活垃圾 治理和环境保护提供有利的保障，并解决了城市绿化中栽培土壤缺乏或壤质量差 难以满足作物生长需要的难题，实现了自然界中物质和能量循环利用，具有双重意 义。 1 4 污泥和矿化垃圾土地利用的限制因素 生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究 由于污泥含水量高( 7 5 - 9 9 ) ，易腐烂、有恶臭，不便于运输与施用，加之 其中的病原菌和寄生虫( 卵) 对操作者易感染，故必须对污泥进行稳定化处理。对 污泥处理的要求是稳定化、无害化和减量化。目前，污泥稳定化处理的方法有：好 氧消化、厌氧消化、堆肥化，双消化、以及加石灰或氯气等。污泥稳定化处理的方 法虽然很多，但各有优缺点，结合我国国情对污泥进行堆肥化处理是适合我国国情 的一种处理方式。堆肥化处理即将污泥和调理剂( 如秸符、锯末、树叶、粪便、垃圾 等) 及膨胀剂( 木屑、秸秆、树叶、花生壳、玉米芯等可增加污泥与空气接触的成分) 在一定的条件下( 如p h 、c n 、通气、水分、温度) 进行好氧堆沤，其产物也叫生物 固0 3 i o s o l i d s ) ，是一种比较干净而且性质较稳定的物质( 薛澄泽和张增强，1 9 9 7 ) 。 矿化垃圾来源于城市生活垃圾，其中的病原菌经过长期的自然腐熟己基本消除基本 上已经达到无害化、稳定化完全可以开采利用。但仍存在某些限制因素如粒径、有 机质含量、营养元素含量以及重金属元素含量等( 钱小青等，2 0 0 6 ) 。 因此，污泥和矿化垃圾应用于城市园林绿化时需要解决以下问题：即污泥和矿 化垃圾中重金属、有机污染物、盐分等是否对作物产生不良影响及对环境造成二次 污染，即氮、磷、重金属等物质浓度过高是否会造成对地表及地下水污染等问题。 因此，在污泥和矿化垃圾土地利用之前必须进行环境影响风险评价，制定相应的污 泥和矿化垃圾施用标准和管理措施，以保证其土地利用的安全性。具体如下： 1 ) 盐分污泥的含盐量通常很高，即使经过堆肥处理，施入土地后也会明显 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。s i m e o n i 在酸性土壤与中性土壤上进行试验后， 结果为土壤盐分随污泥堆肥施用量的增加而增加，随时间的延长而降低，在第二 个季节土壤中盐分对大多数植物都可以忍耐( g e o r a g ee c ta 1 1 9 9 8 ：s i m e o n i ， 1 9 8 4 ) 。 2 ) 病原物未经处理的污泥中含有较多的病原微生物和寄生虫卵( 孙颖等， 2 0 0 2 ) ，因此在施用前必须进行处理，达到无害化时才能应用。 3 ) 重金属重金属是限制污泥和矿化垃圾大规模土地利用的最重要因素。虽 然会因其来源不同，成份存在一定差异，但一般都或多或少含有一定量重金属。这些 重金属随污泥进入土壤，就可能对环境造成一定的危害。因此，应该尽可能地减少其 在污泥中的含量。 4 ) 氮磷等养分氮磷既是植物生长所需的营养元素也是导致水体富营养化的 重要原因。污泥和矿化垃圾中通常含有丰富的n 、p 等营养成分，如果在降雨量较大、 土质疏松的土地上大量旄用，有机物分解速度大于植物对n 、p 的吸收速度，n 、p 就 很可能会随水流失，进入地表水体造成水体的富营养化，进入地下引起地下水的硝酸 盐污染。而矿化垃圾由于本身颗粒大，质地疏松的特性，在施用时更应注意施用量 的控制。 6 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 5 1 有机污染物一些生产部门排放的污水中含有一定的有机污染物，如聚氯 二酚、多环芳烃以及农药的残留物。这些物质在污水和污泥的处理过程中会得到一 定程度的降解，但一般难以完全除去，在污泥的使用时还需考虑其可能产生的危害。 国外学者对此研究较多，国内还罕见这方面的报道，因此需对其进行研究( 蒋成爱等， 1 9 9 9 ) 。 1 5 污泥堆肥和矿化垃圾土地利用养分效应的研究进展 1 5 1 植物对污泥堆肥和矿化垃圾土地利用的生长响应 1 5 1 1 植物对污泥堆肥土地利用的生长响应 张增强进行的污泥堆肥化及园林绿地应用技术的研究，认为污泥堆肥可显著改 善土壤的理化性质。施用一个生长季节之后，土壤表土中存留的氮、磷、钾、有机质， c e c 等均随污泥施用量的增加而增加，而化肥处理的则与对照相近。施污泥堆肥二一个 生长季节后，明显促进树木、花卉及草坪草的生长，使树木的树高、地径、根茎比增加， 使花卉的生长量增加，开花量增多，花期延长。对于供试树种及花卉，污泥堆肥以基肥 施入土壤，用量以3 0 - 9 0 t h m 2 为宜。污泥堆肥还可使草坪草生物量增加，绿色期延长， 堆肥也可以以基肥或追肥施入，施用量在3 0 1 2 0 t h m 2 为宜( 张增强，1 9 9 3 ) 。施用 污泥对环境质量影响很小。盐分随施用量增加而增大 但施用量小于1 2 0t h 1 1 1 2 时对植 物不会造成危害。硝酸盐不会对地下水造成污染重金属对园林植物不会产生危害 ( 姜应和等，2 0 0 4 ；2 0 张增强和薛澄泽，1 9 9 5 ；2 1 张增强和薛澄泽，1 9 9 6 ) 。 李艳霞、赵莉在城市污泥堆肥作草皮基质对草坪草生长的影响的研究中认为： 污泥堆肥能够提高黑麦革生物量促进其根系生长，草坪的密度和盖度显著提高。黑 麦草对n 的吸收显著增加，生长后期，叶片内n 和叶绿素的含量明显高于化肥对照处 理，草坪草的品质达到一级水平。并且提高土壤速效n 和速效p 含量，有利于改善草 坪的土壤肥力，但对土壤中速效k 的含量无显著性的影响( 李艳霞等，2 0 0 2 ) 。华 南农业大学与广州市园林研究所合作，把污泥与木屑( 绿化公司修剪下来的树枝粉碎) 混合堆肥，作为育苗和花卉基质，效果不亚于用泥煤开发的花卉茎质。而在经济 上，由于不需再购高价的泥煤土，代之以污泥为原料，变废为宝，经济效益更佳( 张 宗国等，2 0 0 4 ) 。 1 ，5 1 2 植物对矿化垃圾土地利用的生长响应 华东师范大学于1 9 9 2 年开始在上海市老港填埋场进行种植花卉苗木实验，经过 7 生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究 3 年的试验，1 9 9 9 年在小试的基础上，进行中试，扩大种植面积和种植品种。中试 结果证明棉花、夹竹桃、女贞、黄杨、柏类等长势最佳。到2 0 0 0 年，老港填埋场的 绿化苗圃面积已从原来的0 0 2 h m 2 扩大到0 2 h m 2 ，苗木品种也从原来的3 0 种扩大到 1 0 0 余个花卉树种( 赵由才和黄仁华，2 0 0 1 ) 。同济大学赵由才等与上海老港填埋 场在填埋时间为6 年以上的填埋单元进行花卉和树苗培植试验，取得了成功。目前， 已在0 2 7 h m 2 基本上稳定化了的填埋单元进行种植，品种包括：葱兰，麦冬，黄杨，海 桐，紫薇，棕榈，丝