（环境工程专业论文）堆肥污泥施用对植物生物量和污染物含量的影响.pdf

摘要 随着城市化水平的加快和城市污水处理率的不断提高，污水处理过程产生的 污泥量急剧增加。然而，由于缺乏合理有效的管理方法和处理处置技术，大量城 市污泥只能临时堆放，由此引起的二次污染给环境带来了巨大的危害。寻求合理 的污泥处理处置途径已成为世界各国亟待解决的热点问题。土地利用是目前公认 的最有效的污泥资源化利用方式，然而污泥中大量存在的无机和有机污染物限制 了其安全土地利用。堆肥被认为是一种降低污泥中污染物含量与生物有效性并且 能改善污泥质量的有效方法。然而，堆肥污泥添加对植物生长以及土壤和植物污 染物含量的影响鲜见报导。基于此，本论文主要开展了堆肥污泥施用对土壤的理 化性质、代表性植物生长及其污染物含量的影响研究。通过研究为堆肥污泥的安 全土地利用提供理论依据。 以施加堆肥污泥或污泥的土壤为基质，通过盆栽试验，研究对比分析了堆肥 污泥添加对土壤理化性质、污染物含量以及供试植物生物量的影响。研究发现， 施加堆肥污泥可显著提高土壤总氮、总磷、脲酶、电导率和阳离子交换量。堆肥 污泥添加可显著促进供试植物的生长。四种供试植物的生物量均随着堆肥污泥添 加比例的增加而显著提高。对黑麦草和高羊茅，4 0 的堆肥污泥添加量最为合适； 对小白菜和萝卜，1 0 为最适添加量。与最佳污泥添加量相比，添加1 0 堆肥污 泥可使小白菜产量在黄棕壤和红壤中分别提高4 0 和7 3 ，萝卜的产量分别提 高3 6 和4 0 。当堆肥污泥添加比例为4 0 时，黑麦草的生物量在红壤和黄棕 壤中分别可比对照提高5 1 和1 2 1 。实验表明，在两种土壤类型中黑麦草对高 浓度堆肥污泥具有较高的耐受性，添加堆肥污泥对提高供试植物的生物量比添加 污泥更有效。然而，随着堆肥污泥添加比例的增加，土壤d t p a 提取态c u 和z n 含量也呈现上升趋势。 对添加堆肥污泥后两种草皮草及小白菜中z n 和c u 的含量进行了分析。结果 表明，两种草皮草中z n 和c u 的浓度都随着堆肥污泥添加比例的增加而显著提 高，土壤类型对植物组织中z n 和c u 的含量影响相对次之。当堆肥污泥添加比 例为8 0 时，红壤和黄棕壤中生长的高羊茅z n 的浓度分别比对照提高8 2 和 7 9 ，c u 的浓度分别提高5 8 和6 7 。在相同条件下，红壤和黄棕壤中生长的 i v 黑麦草z n 的浓度分别比对照提高8 0 和7 7 ，c u 的浓度分别提高5 0 左右。 因此，从植物生长和z n 、c u 污染物含量角度，堆肥污泥在土壤中的添加量应控 制在4 0 以下，并推荐主要用于园艺绿化而非作为牧草。对于小白菜，c u 和z n 浓度的变化趋势在两种不同的土壤中很不相同。在黄棕壤中生长的小白菜z n 和 c u 的含量随着堆肥污泥添加比例的增加而略有增加，但在红壤中呈显著增加趋 势。当堆肥污泥添加比例为1 0 时，红壤中生长的小白菜z n 和c u 的含量分别 增加了7 4 和7 7 ，而黄棕壤中生长的小白菜z n 和c u 含量仅分别增加5 0 和 1 9 。尽管小白菜中z n 和c u 的浓度均有所增加，但均低于食用安全限量标准。 堆肥污泥添加对四种植物中p a h s 的含量影响研究结果表明，植物对p a h s 的吸收随着堆肥污泥添加比例的增加而上升，红壤中的现象更为明显。黑麦草对 p a h s 的吸收高于高羊茅。两种草皮草中1 6 种p a h s 的含量在0 3 1 5 - 2 0 3 7m gk g 以 范围内。而蔬菜中的含量范围为0 4 0 5 1 2 7m gk g 一。单一类型的致癌性p a h s 在 两种蔬菜中均未检测到。植物吸收的p a h s 主要为二至四环多环芳烃，其中n a p h 和p h e n 最多。蔬菜中16 种p a h s 的总量均高于国外相关报导，但接近中国大 陆的研究结果。因此，尽管堆肥可显著降低污泥p a h s 的含量，但在实际生产过 程中仍需注意堆肥污泥添加比例以确保食品安全。 由此可见，与污泥直接施用相比，堆肥污泥土地利用对改善土壤质量、提高 土壤肥力、增加作物产量更为有效和安全，但同时也必需关注堆肥污泥土地利用 对土壤和植物有害污染物含量的影响。进一步有效控制和降低堆肥污泥重金属和 p a h s 等污染物生物有效性是实现堆肥污泥安全土地利用需要解决的关键问题。 关键词：污泥堆肥，土地利用，p a h s ，重金属，植物生物量 v a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gn u m b e ro fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，m o r ea n dm o r e m u n i c i p a ls e w a g es l u d g e ( s s ) i sp r o d u c e d d u et ot h ea b s e n c eo fs o u n dt r e a t m e n t m e t h o d ，m o s to ft h es sw a sp i l e di nt e m p o r a r yp l a c e sa n db e c o m i n gn e wp o t e n t i a l p o l l u t i o ns o u r c e s t h e r ei sa l lu r g e n tn e e df o ra s a f ed i s p o s a lo p t i o n l a n da p p l i c a t i o n o fs si ss e e na so n eo ft h eb e s to p t i o n s t h ec o s t - e f f e c t i v ea n db e n e f i c i a le f f e c to fs s a sp l a n tn u t r i e n ts o u r c ei sp r o m o t e d t h ed i r ew i t hs sa p p l i c a t i o ni st h ep r e s e n c eo f i n o r g a n i ca n do r g a n i cp o l l u t a n t st h a ta f f e c tt h eq u a l i t ya n dq u a n t i t yo fp l a n ty i e l d c o m p o s t i n gh a sb e e np r o p o s e da so n es o l u t i o nt o r e d u c et h ec o n t a m i n a n t sa n d i m p r o v et h eq u a l i t yo fs s t h u si nt h i ss t u d y , w ei n v e s t i g a t e dt h ep o t e n t i a lu s eo f s e w a g es l u d g ec o m p o s t ( s s c ) i ns o i la n di t se f f e c t so np l a n tu p t a k eo fp o l l u t a n t sf r o m s s c p l a n tg r o w t he x p e r i m e n tw a sp e r f o r m e dt oc o m p a r et h eg r o w t ho fc h i n e s e c a b b a g e ( b r a s s i c ac h i n e n s i s ) ，r a d i s h ( r a p h a n u ss a t i v u s ) ，2t u r fg r a s s e sr y e g r a s s ( l o l l i u mp e r e n n e ) a n df e s c u eg r a s s ( f e s t u c ao v i n a ) i ns o i la m e n d e dw i t hs s c v e r s u s s s a f t e rc o m p o s t i n g ，ay e l l o wl o a m ys o i la n dar e ds o i lw e r ea m e n d e dw i t hs s ca t d i f f e r e n ta p p l i c a t i o nr a t e sf o rt h eg r o w t ho fv e g e t a b l e sa n dt u r fg r a s s a d d i t i o no fs s c c o u l ds i g n i f i c a n t l yi n c r e a s et h et n ，t p , u r e a s e ，e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y ( e c ) a n d c a t i o n se x c h a n g ec a p a c i t y ( c e c ) i ns o i l d t p a e x t r a c t a b l ec ua n dz ni n s o i l i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ya c c o r d i n gt ot h es s ca p p l i c a t i o nr a t e b i o m a s s e so fa l lt e s t e d p l a n t sw e r ei m p r o v e dw i t ht h ea d d i t i o no fs s c a t10 s s c ，y i e l do fc h i n e s e c a b b a g ei n c r e a s e d4 0 a n d7 3 i ny e l l o wa n dr e ds o i lc o m p a r e dt oo p t i m a l 、析t l ls s y i e l do fr a d i s ha l s oi n c r e a s e df o ra b o u t3 6 a n d4 0 i nt h es o i l i nr y e g r a s s ，a d d i n g 4 0 s s ci ns o i li n c r e a s e dt h ey i e l df o ra b o u t51 a n d121 i nr e da n dy e l l o ws o i l ， r e s p e c t i v e l y a p p a r e n t l y ，r y e g r a s si sm o r er e s i s t a n tt oh i g hr a t e so fs s ca n ds st h a n f e s c u er e g a r d l e s so ft h es o i lt y p e i nr e g a r dt ot h er e s u l t s ，a p p l y i n gs s ci m p r o v e dt h e y i e l d o ft e s t e d p l a n tm o r ee f f e c t i v e l yt h a ns s t h e r e f o r e ，u s i n gs s ca s s o i l a m e n d m e n ts h o u l db er e c o m m e n d e dr a t h e rt h a ns s e f f e c to fss ca m e n d m e n ti n s o i lo nt h ez na n dc uc o n t e n ti nt u r f g r a s sa n d i l c h i n e s ec a b b a g ew e r ei n v e s t i g a t e d s s ca m e n d m e n ti n c r e a s e dt h el e v e lo fz na n dc u i np l a n tt i s s u e i nf e s c u e ，c o n c e n t r a t i o n so fz na t8 0 s s ca p p l i c a t i o nr a t ei n c r e a s e d 8 2 a n d7 9 c o m p a r e dt ot h ec o n t r o li nr e da n dy e l l o ws o i l ，r e s p e c t i v e l y i nr y e g r a s s ， i tw a s8 0 a n d7 7 i nr e da n dy e l l o ws o i l ，r e s p e c t i v e l y a sf o rc u ，i nr e s c u eg r a s s ， a l s oa t8 0 s s ca p p l i c a t i o nr a t e ，c o n c e n t r a t i o n si n c r e a s e df o ra b o u t5 8 a n d6 7 c o m p a r e dt ot h ec o n t r o li nr e da n dy e l l o ws o i l ，r e s p e c t i v e l y i tw a sa b o u t 5 0 i nb o t h s o i l sf o rr y e g r a s s r y e g r a s ss h o w sab e t t e rr e s i s t a n c et om e t a ls t r e s st h a nr e s c u e z n a n dc uc o n c e n t r a t i o n si nt u r f g r a s si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y 、析ms s ca m e n d m e n t t h e r e f o r e ，t h eg r a s s e ss h o u l db er e c o m m e n d e df o rg r e e n e r yr a t h e rt h a na n i m a l sg r a z e t h et r e n do fc ua n dz ni nc h i n e s ec a b b a g ew e r ec o m p l e t e l yd i f f e r e n tb e t w e e nt h e t w ok i n d so fs o i l c ua n dz nu p t a k ei n c r e a s e ds l i g h t l yw i t ht h ei n c r e a s i n ga m o u n to f s s ci ny e l l o ws o i l i nr e ds o i l ，h o w e v e r ，i ti n c r e a s e dd r a m a t i c a l l y i nc h i n e s ec a b b a g e ， z ni n c r e a s e d7 4 i nr e ds o i la n d4 7 i ny e l l o ws o i la t10 s s ca p p l i c a t i o n f o rc u ， c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d7 7 i nr e ds o i la n d19 i ny e l l o ws o i lf o rt h es a m er a t e a l t h o u g hl e v e l so fz na n dc u i n c r e a s e di nc h i n e s ec a b b a g e ，t h e yw e r es t i l lb e l o wt h e t o x i cl i m i tf o rc o n s u m p t i o n p a h sc o n t e n t si nt u r f g r a s s ，c h i n e s ec a b b a g ea n dr a d i s hg r o w ni n s o i la m e n d e d w i t hs s ch a v ea l s ob e e na c c e s s e d p a h su p t a k eb yt e s t e dp l a n t si n c r e a s e dw i t ht h e a d d i t i o no fs s c i tw a ss l i g h t l yl o w e ri ny e l l o ws o i lt h a ni nr e ds o i l r y e g r a s su p t a k e o fp a h sw a ss l i g h t l yh i g h e rt h a ni nf e s c u e i nt u r f g r a s s ，s u mo fs i x t e e nv a r yf r o m 0 3 1 5t o2 0 3 7m gk g 1 i nv e g e t a b l e s ，i tv a r i e sf r o m 0 4 0 5t o1 2 7m gk g - 1 i n d i v i d u a l s c a r c i n o g e n i cp a h sw e r e a l lu n d e rd e t e c t a b l e 2 - 4r i n g sp a h sw e r e p r e v a l e n t i ng e n e r a l ，s u mo fs i x t e e np a h sw e r eh i g h e rt h a nt h el e v e li nv e g e t a b l e s r e p o r t e da b r o a d b u tc l o s et ot h el e v e li nv e g e t a b l ef i n di nc 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o r a t o r y h i sv a l u a b l e ，i n s p i r i n ga d v i c e sa n de n c o u r a g e m e n tg u i d e d m e t h r o u g h o u tm ys t u d y m ys i n c e r eg r a t i t u d eg o e st o w a r d sp r o f c h e ny i n gx uf o rh i sa d v i c e sa n da l lt h e a c a d e m i cs t a f fm e m b e r so ft h ei n s t i t u t eo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g yf o r t h e i rc o o p e r a t i o na n de n t h u s i a s md u r i n gm ys t u d i e s ia n d e e p l yi n d e b t e dt od r h u a l ia n d l i uy ux u ef o rt h e i rv a l u a b l ea n du s e f u ls u g g e s t i o n sd u r i n gm ys t u d i e s m ys p e c i a lg r a t i t u d eg o e st oa l lm yl a b m a t e s ：d r h a nz h iy i n g ，d r d i n gy i n g ，d r l i uw e i ，z h u a n gy i n g ，z h a n gd o n gm e i ，w us o n gw e i ，l i uj i n gj i n g ，y a n gm i n , g u ox i a oh u i ，h u a n gx i a n gd o n g ，l uh a oh a o ，d r s h id ez h i ，d r w a n gy u n l o n g ， h ub i n ，h u a n gx i a o ，s u ny i n gj u n ，s u nh u a , d r a n t o np e r e i r a , d r h a oy o n gj u l l ， c h e nc h o n gj u n ，s u nf aq i a n ，l iq i a na n do t h e rm e m b e r so ft h ei n s t i t u t ef o rt h e i r a s s i s t a n c ed u r i n gm ym ss t u d y m yr e g a r d sg oa l s ot o w a r d so u rp r o f e s s o ri nt h e i n t e r n a t i o n a lc o l l e g e ，a n dt h eg r a d u a t es c h o o lo f f i c e ia l s oe x p r e s sm yt h a n k st oa l lm yf r i e n d si nz h e j i a n gu n i v e r s i t y ( z j u ) ，f o rt h e f t c o m p a n ya n de n c o u r a g e m e n t sd u r i n gm ys t a yi nz j un g o z i ，b a n z o u s s i u , b i n d z i ， m b e m b a ，m o u m a r o u ，c i s s o k o ，e n g o n g a m ，b i d j a , a s e k o ，s i n o t o u ，t i ma l a i n ， o h a n d j a ，o w a r i ，b a h ，t c h a h a , f o s s u o h ，b o l u w a , k o k o u v i ，m a r i u s ， w o r d sa r el a c k i n gt oe x p r e s sm yr e g a r d st oa l lm yf a m i l yw h o mim i s s e dv e r ym u c h e s p e c i a l l ym yl i t t l eg i r l ，r i t a m ye n d l e s sl o v eg o e st om yp a r e n t sm r a n dm r s t i e n t c h e ut oe n c o u r a g em et of u l f i l lm ym ss t u d i e s ，m yu n c l em r w e s s o k m e y iw h o e n c o u r a g e dm et oc o m et oc h i n a f i n a l l yid e d i c a t e dt h i sw o r kt om yb e l o v e ds i s t e r , m a r c e l l et i a d e u ，w h ol e f tt ob ew i t ha l m i g h t yg o da n dt om yd a u g h t e rf o rt h ejo ys h e h a sb r o u g h tt om e a l m i g h t yg o d ，y o ua r em y “e v e r y t h i n g ”y o ut a u g h tm en e v e rt of o r s a k e t h e r ei s a l w a y saw a yt os o l v eap r o b l e m t h a n ky o ul o r d ，t h a n ky o uj e s u s ，t h a n ky o u h o l ys p i r i tf o r y o u rp r e s e n c ei nm yl i f e t h a n ky o uh o l ym a r yf o ry o u r m a g n i f i c a t c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 - 1c u r r e n ts i t u a t i o no fs e w a g es l u d g ew o r l d w i d e 1 - 1 - 1g e n e r a l i t yo fs e w a g es l u d g ew o r l d w i d e i ti sw i d e l ya c c e p t e dt h a ti n t e r e s ti ne n v i r o n m e n t a li s s u e si sc o n s t a n t l yi n c r e a s i n g a tt h es a l t l et i m e ，e n v i r o n m e n t a li s s u e sh a v eg r a d u a l l yb e e nb r o a d e n e dw i t hc o n c e p t s ， s u c ha ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，w h i c hi m p l i e sn o to n l ye c o l o g i c a l ，b u ta l s o e c o n o m i ca n ds o c i a lr e s p o n s i b i l i t i e s f r o mt h ed a y so fp r i m i t i v es o c i e t y , h u m a n sa n d a n i m a l sh a v et h er e s o u r c e so ft h ee a r t ht os u p p o r tl i f ea n dt od i s p o s eo fw a s t e s i n e a r l yt i m e st h ed i s p o s a lo fh u m a n a n do t h e rl i v e s t o c kw a s t e sw a sn o tap r o b l e m m o s t o fw a s t e sw e r er e c y c l i n g t h i sw a st h eo n l yd i s p o s a lo p t i o nf o rt h ep o p u l a t i o nw a s s m a l la n dt h e r ew a sal a r g ea m o u n to fl a n da v a i l a b l e a l t h o u g hp o l l u t i o nh a sb e e no c c u r r i n gf o rm a n yc e n t u r i e s ，i td i dn o ta r o u s et h e a t t e n t i o no ft h ep u b l i cu n t i lt h ee a r l y19 6 0 s c o n c e r na b o u tp o l l u t i o na m o n gp e o p l e w a sc a u s e db yac o m b i n a t i o no fd e v e l o p m e n t s f i r s ta n dm o s ti m p o r t a n tw a st h e i n c r e a s ei np o p u l a t i o n ，w h i c hb e g a nt o r i s er a p i d l ya f t e rw o r l dw a ri i s e c o n d l y , a g r o w t hi ni n d u s t r i a lt e c h n o l o g yw a se x p e r i e n c e d ，p r o v i d i n gn a t i o n sw i t ha l li n c r e a s e i np e rc a p i t ai n c o m e t h i sr e s u l t e di nag r e a t e rd e m a n df o rg o o d sa n ds e r v i c e s ， c r e a t i n gi n c r e a s e dw a s t e st h a tb e g a nt os e v e r e l yt a xo u ra i ra n dw a t e r s a t h i r df a c t o r t h a tb r o u g h tp o l l u t i o na n di t se f f e c ti n t of o c u sw a sap u b l i ca w a r e n e s sd e v e l o p e db 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