（环境工程专业论文）低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究.pdf

低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 摘要 本文通过低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥，研究堆肥过程中二者之间 的相互影响，主要工作如下： ( 1 ) 研究餐厨垃圾与铬污染土壤堆肥的配比对及堆肥过程中p h 、有机质、 碳氮比等参数的变化的影响以及堆肥过程中铬形态、浸出毒性的变化，从而确定 餐厨垃圾与铬污染土壤堆肥的最佳配比。 ( 2 ) 根据第一阶段确定的最佳配比，进行餐厨垃圾与铬污染土壤的强制通风 堆肥试验，研究实际堆肥过程中温度、含水率、p h 、碳氮比等参数的变化以及 铬与腐殖质的作用机理。 ( 3 ) 通过种子发芽、浸出毒性、植物有效性和样品在不同p h 下的解吸试验， 研究堆肥产品的环境效应。 通过对上述试验数据的归纳分析，可以得出以下结论： ( 1 ) 堆肥过程中，p h 、有机质含量、氮素含量、碳氮比的变化可以说明堆肥 都基本达到了腐熟，但是，铬污染土壤添加比例的不同，达到腐熟所用时间也不 一样。餐厨垃圾与铬污染土壤比例为1 ；1 、1 ：2 时，堆肥在2 0 天左右达到腐熟； 比例为1 ：3 达到腐熟的时间在3 0 天左右；比例为1 ：4 时达到腐熟的时间超过4 0 天。 ( 2 ) 添加未污染土壤的一组作为比对，p h 、有机质含量、氮素含量、碳氮比 的变化趋势一致，污染土壤的铬浓度为1 0 0 0 m g 瓜g 时，铬对微生物活性影响不大， 与餐厨垃圾混合堆肥是可行的。 ( 3 ) 种子发芽试验结果表明餐厨垃圾与铬污染土壤比例为1 ：3 时，餐厨垃圾 和铬对种子发芽的抑制作用较小；浸出毒性试验结果表明餐厨垃圾与铬污染土壤 比例为1 ：3 时，浸出铬浓度最小，为1 0 5 m g l ；降低幅度最大，为9 4 0 4 。 ( 4 ) 堆肥过程中可交换态和碳酸盐结合态的铬含量逐渐减少i 有机结合态的 含量逐渐增加，堆肥化过程能够降低铬在物料中的毒性和迁移性。餐厨垃圾与铬 污染土壤比例为1 ：3 时，可交换态和碳酸盐结合态减少的幅度分别为8 4 4 5 和 7 2 6 9 ；有机结合态增加的幅度为7 8 9 4 ：在土壤中迁移性较大的为可交换态 和碳酸盐结合态铬，其占总铬含量的百分数在堆肥开始为2 9 1 7 ，堆肥结束时 为5 6 5 ，降幅为8 0 6 3 。 ( 5 ) 胡敏酸( h a ) 、富里酸( f a ) 含量整体都呈下降趋势，h a 下降幅度较小， f a 下降幅度较大；试验初始的h r ( 腐殖化率) 和h i ( 腐殖化指数) 分别为o 2 5 和 0 。5 8 ，堆肥结束时的h r 和m 分别为o 2 9 和o 6 5 ，堆肥产品腐殖化程度升高。 ( 6 ) h a 、f a 结合态铬占有机结合态铬从初始的1 5 1 升高到7 2 1 ，在堆肥 过程中胡敏酸、富里酸对铬的固定起重要作用；富里酸结合态铬的含量高于胡敏 酸结合态铬含量，二者比较富里酸在铬的固化中其主要作用。 ( 7 ) 初始有效铬在样品中的含量为1 6 2 4 m g k g ，堆肥过程中有效铬的含量下 降明显，堆肥结束时含量为5 4 7 5m g 瓜g ，下降幅度为6 6 2 8 。 ( 8 ) 样品在p h 为1 9 5 、4 0 8 、5 0 3 、6 8 9 、7 1 2 ：8 9 4 下，解析量都不太大， 对环境影响较小。 关键词：餐厨垃圾：铬污染土壤；堆肥；过程参数；铬形态；环境效应 i i r e s e a r c ho fa e r o bicc o c o m p o s tin go fl o wc o n c e n t r a tio n c h r o miu m c o n t a min a t e ds oi ia n d f o o dw a s t e s a b s t r a c t c o n d u c t sa e r o b i cc o c o m p o s t 访go f1 0 wc o n c c n t r a t i o nc 1 1 r o m i u m - c o n t a n 血1 a t e d s o i la r l df i o o dw a s t e s ，a n d 姗i e sm em u t u ali i 】丑u e n c eo nc 1 1 r o m i u m c o n l _ 捌【i l i n a t e ds o i l 锄df o o dw a s t e s ，m ew o r k sa r e 嬲f o l l o w s ： ( 1 ) s t u d i e s也ei n n u e n c eo fm a s sr a t i oo ff o o dw a s t e sa n d c l l r o 觚u m c o n t a i 】血1 a t e ds o i lo nt h ec o m p o s tp r o c e s sp a m m e t e r s u c h 嬲p h ，o r g a n i c m a t t e r ，c n 。e t c a i l d 吐i ec h a n g e so fc h r o m i u ms p e c i e sa i l dl e a c l l i n gt o x i c i 吼t l l e n d e t e m i i l e st h eb e s tr ，坟i oo ff o o dw a s t e sa n dc h r o m i u m c o n t a m i l l a l e ds o i l ( 2 ) c o n d u c t st l l ef o r c e da e r a t i o nc o c o 埘l p o s t i i l go fc i m o m i u m - c o n t m n j i i a t e ds o i l a 1 1 df o o d 、豫s t e sa c c o r d i n gt o 吐l eb e s tr a t i od e t 眺e di 1 1f i r s ts t a g e ，a i l ds t u d i e sm e c h a 【n g e so ft e m p e r a t l l r e ，m o i s t l 豇ec o n t e n t ，p h ，c ，ne t c a n d 也er e a c t i o nm e c h a l l i s mo f c h r o m i u ma n db u m i cs u b s l - 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b o u l l dc h r o m i u mc o n c e n t r a t i o ni s 7 8 9 4 ；i 1 1 i t i a lp e r c e n t a g eo fe x c h a l l g e a b l e s p e c i a t i o na n dc 孤b o n a 硷b o u n df o n i lc l l l o i i l i 啪i nt o t a lc l l i o m i 啪i s2 9 17 ； p e r c e n t a g ei s5 6 5 w h e nc o m p o s t i n gi so v e r ；( 1 e c r e a s i i l g 锄p l i t u d ei s8 0 6 3 ( 5 ) h a a 1 1 df ac o n t e n tp r e s e n t sd o w n w 矾仃e n d ，d e c r e a s i n g 锄p l i 砌eo fh ai s l e s sa i l dd e c r e a s i l l g 锄叩l i m d eo ff ai sl a r g e r ；i 1 1 i t i a lh ra n dh ii so 2 5 趾do 5 8a n d h ra n dh ii so 2 9a 1 1 do 6 5w h e nc o 瑚【p o s t i l l gi so v e r ，t m m i f i c a t i o nd e g r e e0 f c o r n p o s t i n gp r o d u c t i o ni n c r e a s e s ( 6 ) ns h o w st l l a th a a 1 1 df ap l a yam 旬o rr o l eo ns o l i d i 研n gc l l r o m i u mt h a t p e r c e n t a g eo fh a - b o 吼da 1 1 df a - b o 吼dc h r o m i 啪i i lo r g ；阳：1 i c - b o u l l d c h r o r n i u m i n c r e a s e st 07 2 1 五r o mp r i m a 巧1 5 1 ；ns h o w s 也a tf ap l a yam 萄o rr o l eo n s o l i d i 母i 1 1 9c h r o l l l i u mr e l a t i v e l y t 1 1 a tf a - b o u l l dc l l r o m i 啪c o n t e n ti s l l i g h e rt 1 1 a n ha b o u n dc h r o m i u 】= 1 1 ( 7 ) p h y t o - a v a j l a b i l i 够c h r o 觚u mc o n t e n td e c l i n e so b v i o u s l y ，a n dp e r c e n t a g eo f p h y t o a v a i l a b i l i 够c h r o m i u md e c r e 2 u s e st 05 4 7 5m g 瓜g 五mp r i m a 巧16 2 4 m g 瓜ga 1 1 d d e c r e a s i i l g 锄1 p l i t u d ei s6 6 2 8 ( 8 ) hs h o w s l a ts 龇l p l eh a sm el i m ei n n u e n c eo ne n v i r o i l i n e n tm a td e s o r l ) t i o n 锄。嘶o f c h r o m i 啪i si i t t l e 、h e np hv a l u ei s1 9 5 、4 0 8 、5 0 3 、6 8 9 、7 1 2 、8 9 4 k 劬w o r d s ： f o o d w a 双e s ； 幽碰啪- c o n t 戤血a t e ds o i l ； c 0 一c o m p o s t i n g ；硼o c e s s p 撇e t e r ；c h o m i u l ns p e c i e s ；e r i r o m e m a ie 任e c t i v 独创声明 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，也不包含未获得 注；翅超直墓丝盂墓挂别直明数：奎拦亘窒或其他教育机构的学位或证书使 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。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、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 授权学校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。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一躲蚋多 懈掘 签字日期：、一夕年月，多日 | 签字日期7 引月，朋| 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 u 刖吾 土壤是人类赖以生存的自然资源之一，同水、大气、生物等环境要素之间相 互联系、相互影响。土壤层位于地球陆地表面，是一个有机无机的复合体，介于 生物界和非生物界之间；土壤也是环境各要素剧烈作用的场所。因此，土壤与人 和环境关系较为密切，土壤污染可引起和促进水体、大气、生物要素的污染。土 壤具有肥力，能够为人类生产各种作物，是人类赖以生存的、最基本的生产资料， 一旦被污染，不仅会影响作物的正常生长发育，同时也使作物成为污染物被摄入 人体，危害人类健康。土壤污染最终会导致土地资源的枯竭。 目前，重金属是土壤污染的重要污染源，重金属不能被微生物降解，进入土 壤后很难消除，且易随水流污染地表水和地下水。铬元素污染源较多且在环境中 存在价态多，污染机理比较复杂，其危害具有潜在性、隐蔽性和长期性等特点， 成为土壤的重要的污染源之一。目前，铬污染土壤的治理方法主要有化学固定化 稳定化方法、化学还原法、化学清洗法、生物修复法和电动修复法。以上方法 在治理浓度高的铬污染土壤时，从经济以及环境角度讲都是可行的。但是对于浓 度较低的铬污染土壤，对土壤的伤害太大，得不偿失而且费用也较高。本文考虑 到腐殖类物质在水环境中对六价铬的吸附还原作用，提出了利用腐殖类物质吸附 还原作用来治理土壤的铬污染问题的构想。而土壤中的有机质含量是有限的，可 利用的腐殖类物质也十分有限；因此我们想到可以利用堆肥中产生的腐殖类物 质，于是就产生了利用餐厨垃圾与低浓度的铬污染土壤混合堆肥的想法。目前的 许多研究都表明此种方法是安全可行的。 本课题研究内容主要分为两部分：首先研究餐厨垃圾与铬污染土壤堆肥的配 比对堆肥过程中p h 、有机质、碳氮比等参数的变化的影响以及堆肥过程中铬形 态、浸出毒性的变化，从而确定餐厨垃圾与铬污染土壤堆肥的最佳配比；根据第 一阶段确定的最佳配比，进行餐厨垃圾与铬污染土壤的强制通风堆肥试验，研究 实际堆肥过程中温度、含水率、p h 、碳氮比等参数的变化以及铬与腐殖质的作 用机理和堆肥产品的环境效应。 本文的创新点是：提出铬污染的生物与固化稳定化相结合的治理方法；实现 垃圾与铬污染土壤的同时治理。但由于作者水平有限，文中难免有错误和不足之 处，恳请专家提出宝贵意见。 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 1 绪论 ， 1 1 土壤铬来源、污染现状及危害 1 1 1 铬的化学性质 铬是银白色带有金属光泽，含有杂质的铬硬而且脆，高纯的铬软而有延展性， 抗腐蚀。铬的原子量为5 2 0 1 ，比重7 2 ，熔点1 5 5 0 ，沸点2 4 6 9 ，铬在潮湿 的空气中是稳定的，加热时与氧化物结合而形成c r 2 0 3 ，金属铬无毒性，三价铬 有毒，六价铬毒性大，还有腐蚀性。 在自然界环境中，铬以许多种价态形式存在，通常以二价、三价、和六价形 式，二价铬离子在空气中能被迅速的氧化成三价离子，铬的化合物最多的是三价 和六价。铬的六价化合物有c r 0 3 、铬酸盐和重铬酸盐，是常用的氧化剂。c r 0 3 溶于水生产h 2 c r 0 4 ，但在酸性溶液中也能形成c r 2 0 7 2 - 。六价铬通常以铬酸盐或 重铬酸盐阴离子存在，不易被土壤颗粒吸附，具有较强的向下移动的趋势，尤其 在渗透性好、有机质含量低的土壤，六价铬污染持续存在。三价铬的化合物有 c r 2 0 3 微溶于水，c r ( ) 亦可以亚铬酸根形式存在( c r 0 2 ) 。但是三价铬进入土壤 后大部分被迅速固定，形成铬铁沉淀或被吸附在土壤矿物的表面。 1 1 2 土壤中铬的来源及污染现状 铬渣是在生产金属铬和铬盐( 红矾钠) 产品过程中排放的固体废渣，每生产1 吨铬，同时会排放3 5 吨铬渣。据统计，目前我国铬渣排放量近6 0 万吨年， 多年来累计排放达6 0 0 万吨，铬渣中c ，的含量可达0 1 9 以上【2 捌，总铬含量可 达2 5 7 左右。铬渣是土壤铬污染的主要来源之一【4 】。有文献报道，在全国范围 内有2 0 以上被铬严重污染的土壤或地下水是因含六价铬废物长期堆放而控制 措施不力造成的【5 】。例如，某铬合金厂是我国生产铬系列产品的骨干企业，该厂 从2 0 世纪6 0 年代初开始生产金属铬，至今堆放的铬渣己达4 0 万吨，而目每年 仍有2 万吨的铬渣排放到堆放场，7 0 年代就已经发现该厂周围几十平方公里内 的地下水均受到六价铬污染，厂区下游1 8 0 0 多眼民用水井不能饮用，工厂为此 花费了大量资金解决铬渣堆放场的防渗问题、周围农民的水源问题【6 】。铬盐生产 过程中还会排出大量的含铬废气，废气中的铬通过大气沉降最终造成附近土壤被 铬污染。张辉【7 】等人对南京地区以生产铬合金为主的某合金厂周围土壤铬污染分 2 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 析指出，通过车间烟囱废气携带先向空气排放，后经沉降进行土壤的铬污染叠加 量己达该区原土壤背景值含量的4 4 倍，范围达1 5 k m 2 。电镀和制铬过程中含铬 的废水未经处理直接排放或用含铬废水灌溉农田等是造成土壤铬污染的另一途 径。含铬废水流过土壤【8 1 ，在土壤中的粘土矿物、氧化物等吸附、沉淀和积累下 导致持久铬污染危害。另外，城市固体废物( 污泥、粉煤灰、垃圾) 和磷肥中含有 铬，由于对这些具有一定肥力的固体废弃物实施农业再利用，使得土壤中的铬含 量高于背景值，成为铬污染的来源之一【9 】。由此可见，人类生产活动产生的土壤 铬污染源多种多样，导致铬对土壤的污染情况严重而且原因复杂。 1 1 3 铬的危害 ( 1 ) 铬对植物生长发育的影响与危害 前人长期的试验和研究表明，微量元素铬是植物所必需的，植物体铬含量过 低就会影响植物的正常发育，但是如果植物体内积累过量铬会引起毒害作用，而 直接或间接的给人类身体健康带来危害。当添加到土壤中的六价铬低于9 0 m g k g 时，对玉米苗的生长有明显的刺激作用，在高于9 0 m g k g 时，对玉米苗的生长产 生抑制作用【l o 】。可见，土壤中铬含量的不同，可以抑制或促进作物生长发育。 通常在土壤中补加适量的铬，可以提高作物产量，改善品质。例如，马丽苹等【l l 】 ( 2 0 0 4 ) 研究表明当c r 6 + 浓度为3 1 0 m g l 时可促进小麦芽、根的生长和生物量 的提高，增加种子的发芽指数和活力指数。巢丽仪等【1 2 】( 2 0 0 8 ) 用含三价铬5 0 m l 的溶液处理玉米种子，玉米幼苗的叶绿素含量下降了1 9 4 ，因而可认为铬在玉 米植株中参与叶绿素的生物合成。 微量的铬对某些作物的生长发育过程有促进作用，对于小麦、大麦、玉米、 亚麻、大豆、豌豆、土豆、黄瓜等均产生促进生长的效果，铬参与细胞的一系列 物质组成，所以微量的铬可以提高植物体内酶的活性，加速植株的生长，增加植 物对各种疾病的抵抗能力和提高农作物产量。这些都表明铬在植物体内具有一定 的生物生理作用。 高浓度的铬对植物产生毒害作用，抑制植物的正常生长发育。邓波儿等【1 3 】 ( 1 9 9 1 ) 研究结果表明当土壤中添加六价铬1 0 m 眺g 时，小白菜、辣椒、番茄和黄 瓜显著减产；加入2 0 m g 依g 时，干物重显著降低的作物有紫花苜蓿、黑麦草、苏 丹草和小白菜；加入3 0 m g 瓜g 时，减产的作物有红三叶草和萝卜。高浓度的铬不 3 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 仅本身对植物构成危害，而且还影响植物生长过程中对其他营养元素的吸收，用 o 6 0 m g k g 的六价铬溶液加入大豆栽培土壤中，5 m g k g 时开始干扰植株上部钙、 钾、磷、硼、铜的累积，受害的大豆最终表现为植株顶部严重枯萎。张义贤【1 4 】 ( 1 9 9 7 ) ，研究了不同浓度的c r i ) 对大麦种子萌发和根尖的遗传毒害作用，发现 两种价态的铬均能明显抑制种子萌发和细胞分裂。铬在植物内还会产生积累作 用，从而影响到人类有密切关系的食物链。 ( 2 ) 铬对人体健康的影响与危害 三价铬是人体必需的微量元素，是葡萄糖耐量因子( g t f ) 的重要组成部分。 人体缺铬会使糖代谢紊乱，导致糖耐量异常以及糖尿病。在人体内部，三价铬与 b 球蛋白结合，是球蛋白的正常新陈代谢所不可缺少。人体缺少三价铬时容易诱 发心血管疾病。 一般认为六价铬毒性比三价铬毒性高约1o o 倍。六价铬能够通过空气、食物 和水进入人体。六价铬化合物可以通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体， 主要积聚在肝、心、胰、内分泌腺和肺部。六价铬化合物在体内的毒理作用是影 响体内的物质氧化、还原和水解过程；与核酸、核蛋白结合影响组织中的磷含量。 铬盐吸收到血液中，会与血液中的氧形成氧化铬，使血红蛋白变为高铁血红蛋白， 导致红细胞携带氧的机能发生障碍，使血液中氧的含量减少，发生内窒息。经呼 吸道侵入时，则侵害上呼吸道，引起喉炎、咽炎、支气管炎、鼻炎，直至鼻中隔 穿孔；长期作用下，还可引起肺气肿、支气管扩张等。从消化道侵入时，可刺激 和腐蚀消化道，引起呕吐、恶心、渍疡病、腹疼，同时有头昏、头痛、烦躁不安、 呼吸急促、口唇及指甲发紫、四肢发凉、肌肉痉挛、少尿或无尿等严重中毒症状， 如果抢救不及时，很快会陷入休克昏迷状态。经皮肤侵入，可发生皮炎和湿疹及 “铬疮 。六价铬还具有致癌、致畸形和致突变的“三致 作用，给人类健康带 来严重危害。 1 1 4 铬污染土壤的修复技术 在环境中常见的铬的形态主要有三价铬和六价铬。三价铬在土壤中主要以难 溶氢氧化物的形态存在，土壤溶液中的c r 3 + 浓度很低，所以毒性很小；六价铬溶 解度较大，因而迁移性和毒性很强。六价铬和三价铬都有致癌致畸作用。许多年 来，世界各国普遍都将铬污染列为重点防治对象。与其他重金属污染一样，铬污 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 染的治理途径主要有两种：一是改变铬在土壤中的存在形态，将六价铬还原为 三价铬，可交换态和碳酸盐结合态转化为有机物结合态，降低其在环境中的迁移 能力和生物可利用性；二是将铬从被污染土壤中清除。根据这两种思路目前国内 外主要发展出如下一系列治理方法。 ( 1 ) 化学固定稳定方法 化学固定和稳定( s o l i d i f i c a t i o l l s t a b i l i z a t i o 玛s s ) 是将被铬污染的土壤与某种 粘合剂混合( 也可以加以一定的还原剂，用于将六价铬还原为三价铬) ，通过粘 合剂与铬离子的螯合作用将其固定，降低铬向周围环境中的迁移性。在众多的粘 合剂中，水泥和硅土被认为是最为有效、易得和廉价的产品。此法主要被用来处 理铬矿冶炼后剩下的铬渣【1 6 1 ，处理后的铬渣可作为建筑材料来使用。利用这种 方法处理被铬污染的土壤，需将土壤挖掘出来，花费较大，处理效果也不是很理 想，容易造成二次污染。 ( 2 ) 化学洗涤法 化学洗涤法( s o i lw a s h i i l 酚是利用水头推动洗涤液通过铬污染土壤而将铬从 土壤中清洗出去，然后再对含有铬的洗涤液进行处理。洗涤液中或者含有某种络 合剂，或者本身就是清水。化学洗涤的总体效率既与洗涤剂和铬之间的相互作用 有关，也与洗涤剂和土壤本身的物理化学性质及土壤对污染物、化学洗涤剂的吸 附作用等有关。应选择生物降解性好、不易造成二次污染的制剂作为洗涤剂，如 果可能最好直接使用清水。此法工程量小，费用较低，操作人员不与铬污染土壤 直接接触。但仅适用于砂壤等渗透系数较大的土壤，且引入的洗涤剂易造成二次 污染【1 7 1 。 ( 3 ) 化学还原法 化学还原法( r e d u c t i o n ) 是一种原位修复方法( i ns i n jr e m e d i a t i o n ) ，其原理是利 用铁屑、硫酸亚铁或者其他一些容易得到的、价格较低的化学还原剂( 也可以加 以一定的粘合剂) 将六价铬还原为三价铬，从而形成难溶的三价铬化合物，降低 铬在环境中的迁移性和生物可利用性，减轻铬污染的危害。还原剂可以直接混入 到土壤中，或者也可以采用“可渗透氧化还原反应墙【1 8 】”的形式。目前进行的 研究一般使用填充还原剂的填料柱来模拟可渗透氧化还原反应墙，然后用含有六 价铬的溶液流经此柱，来研究六价铬还原情况以及还原产物的形态。 5 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 ( 4 ) 生物修复法 生物修复法( b i o r e m e d i a t i o n ) 泛指应用微生物和植物来治理铬污染。现在铬污 染的治理主要集中在微生物方面，即利用原来土壤中的土著微生物或向污染环境 中添加经过驯化的高效除铬微生物，通过生物还原反应，将六价铬还原为三价铬， 从而修复被污染土壤。生物修复的优势在于不破坏植物生长所需的土壤环境；不 会产生二次污染；可原地处理，操作简单。但是菌种的选育、生物还原作用的机 理、过程的模拟和优化以及模型的建立等关键因素还需要进一步探索【1 9 】。土壤 环境对生物修复法的影响较大，此法应用易受环境的限制。 ( 5 ) 电动修复法 电动修复法例( e l e c 仃or e m e d i a t i o n ) 是一种9 0 年代后才得到重视和发展的原 位土壤修复技术。其基本原理是在铬污染土壤两端加上低压直流电场，利用电场 的电场力的迁移作用，主要是电渗和电迁移的作用，将铬移动到阴极室( c r 3 + ) 或 阳极室( c 一，从而从土壤中去除。电动修复具有耗费人工少，接触毒害物质少， 原位修复，二次污染小等优点：特别是在处理渗透系数低的密质土壤时，水力学 压力很难推动洗涤液或菌液在土壤间隙中流动，传质过程受到很大的影响，此时 电渗流是强化传质效果的最有效途径，因此，电动修复技术的研究近年来引起人 们越来越多的重视。 1 2 餐厨垃圾的定义、危害及处置技术 1 2 1 餐厨垃圾的定义 餐厨垃圾【2 1 1 是指居民在日常生活中产生的以及除居民日常生活以外的食品 加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的厨余垃圾和废弃食用油脂的总称。其 中厨余垃圾是指就餐过程中产生的食物残余物和食品加工过程中产生的废料；废 弃食用油脂是指不可再食用的动植物油脂以及各类油水混合物。这个定义主要以 餐厨垃圾的产生源来进行解释的。根据这个定义，餐厨垃圾主要来自居民家庭的 日常生活和非居民家庭日常生活两种圈。而在非居民日常生活中，餐厨垃圾主 - j 二 、 要有食品加工、饮食服务和单位供餐三大来源，这三大污染源是都是城市市容管 理中急需解决又非常难解决的问题。在城市中出现的“潲水油 、“垃圾猪 已成 为城市生活中的严重威胁公共卫生的问题，这些问题的出现均与非居民日常生活 产生的餐厨垃圾不当处理有直接的关系。餐厨垃圾成分复杂，是油、水、果皮、 6 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 蔬菜、大米、各种肉类、骨骼以及废餐具、塑料、玻璃、卫生纸等多种物质的混 合物，以蛋白质、淀粉和动物脂肪等为主，且盐分、油脂含量高。 餐厨垃圾作为城市有机生活垃圾的主要成分，因其高油脂、高水分、高盐分 以及易腐发臭、易生物降解等特点【2 3 1 ，不适于直接填埋和焚烧。而且它的产量 大、产生地分散，极易腐败、变质，严重污染了城市路面、空气及周边水环境， 导致虫、鼠、苍蝇、蚊子等害虫滋生。但与其它垃圾相比有机物和油脂含量丰富， 易生物降解，因此i 具有很大的回收利用价值。 1 2 2 餐厨垃圾的危害 ( 1 ) 对人体健康的危害 由于餐饮行业大量使用洗涤剂、消毒剂和杀虫剂以及食品霉烂产生毒素等原 因，使得泔水中含有铅、汞、芳烃类等有毒有害物质，长期食用这种泔水后，这 些有毒有害物质会在猪的体内逐渐蓄积，并通过食物链最终进入人体，会损伤人 的神经、肝脏、肾脏和免疫系统等。潲水油中含有大量的致癌物质，长期食用可 导致肠癌、胃癌、肝癌等恶性疾病。 ( 2 ) 传播疾病 裸露存放的餐厨垃圾引来并滋生了大量的蚊蝇、鼠虫，因此，不可避免地成 了传播传染性疾病的媒介。餐厨垃圾的泔水中含有大量的病原微生物，加之大量 滋生的蚊蝇、鼠虫极易引起流行病的发生，危害人类健康。 ( 3 ) 影响城市市容和环境卫生 餐厨垃圾在运输、储存过程为了节省成本一般不采取密闭以及无害化措施， 极易造成餐厨垃圾渗漏，使泔水的恶臭气体、污水直接排放到周围环境中，造成 周边大气和水体的严重污染，扰乱了环境卫生管理秩序，破坏了环境卫生和城市 面貌。 1 2 3 餐厨垃圾的处置方法及发展趋势 由于餐厨垃圾分散、量大，含水量高，增加了城市生活垃圾填埋和焚烧量， 一增加了填埋场渗滤液的生成量，降低了燃烧的热值和燃烧效果，不适合直接采用 填埋法和焚烧法进行处理，引起了人们的重视。各国都希望能找到一种比现行填 埋法和焚烧法更为有效、经济的办法来解决这一令人头疼的问题。 ( 1 ) 物理处理法 7 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 物理处理法就是利用物理方法改变餐厨垃圾的性状，降低其对环境的污染。目 前这种方法主要有两个发展方向：一是对餐厨垃圾进行破碎直排处理。二是对 餐厨垃圾进行脱水处理。破碎直排处理是欧美国家处理少量分散泔脚废物的主 要方法j 是在泔脚废物发生点对直接其进行破碎、粉碎处理，然后采用水力冲 刷，将其排入城市市政下水管网，与城市污水合并进入城市污水处理厂进行集 中处理。+ 目前，脱水处理主要有高温脱水和真空油炸脱水。巴西曾经试用脱水法处理 生活垃圾。首先将破碎、分拣后的有机物质送入一个圆形反应器。利用2 2 0 的 高温破坏垃圾中的有机物质，使其中的游离水和化合水几乎完全被气化蒸发。该 方法可使有机垃圾的体积减少约8 0 ，达到了减量化的目的，但在处理过程中会 产生有害气体，且能耗大，成本高。真空油炸具有油炸温度低，脱水速度快，成 品含水率低，营养损失少等优点。日本利用废弃食用油在真空条件下油炸餐厨垃 圾，使之快速脱水后，再破碎成适当大小的颗粒状，作为饲料添加剂。这种方法 在实现无害化、资源化的同时，也为废弃食用油提供了再利用的机会。但是，真 空油炸设备复杂，无法连续、大量生产，能耗大，成本高。废弃食用油含有多种 有害成分，油炸过程中又产生一些有害物质，难以保证饲料添加剂的质量安全 圈】 o ( 2 ) 生物处理法 餐厨垃圾的生物处理方法主要有好氧堆肥、厌氧消化、固态发酵、蚯蚓堆肥 和提取生物降解塑料。 好氧堆肥 好氧堆肥就是在人工控制条件下，在一定的水分、c n 和通风条件下通过微 生物的呼吸作用降解不稳定的有机物，使之转化为较为稳定的有机物过程【2 5 讲】。 堆肥的产品可做肥料和土壤改良剂。 韩涛等【2 8 1 将粒径为3 0 嘞的餐厨垃圾与锯末混合均匀，调节含水率至5 0 后 进行小规模好氧堆肥试验，通过测定堆体的温度、p h i 水溶性c n 和总有机碳下 降率推断反应进程。结果表明：堆肥反应装置可以使堆肥顺利升温，最高温度达 到6 0 5 ，并且高温期( 5 5 ) 持续6 d ，所得堆肥产品的理化性质和卫生指标符 合国家相关标准。通过通入4 0 恒温水提高堆肥的环境温度，可加快堆温的提 8 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 升，提高堆肥效率和热灭话效果。吕凡等【2 9 】采用高温好氧消化工艺对餐厨垃圾 进行小试，控制在高温反应，可达到最大减量率，高温运行的最佳参数范围：p h 为6 0 6 8 ，含水率为4 5 5 5 ，碳氮比为1 9 1 2 2 1 ；运行控制措施为风量 和物料投加比，泔脚与餐厨的投加混合比范围为2 ：1 1 0 ：1 ( 干基质量比) ；工艺最 大处理负荷为0 。l ok g k g d ( 每日投加量反应物料容量) 。 近年来，研究者提出了一种可快速高效降解餐厨垃圾的浆态反应器系统。 y e o 吼g s a l l gy 等【3 0 1 人对浆状好氧法的机理进行了研究。试验反应容器体积为 2l ，安装了鼓风曝气装置、搅拌叶、溶解氧仪、气体流量计、精密州计。试验 前先进行微生物驯化，在5 0 0 m l 烧杯中加入2 0 0 m l 蒸馏水、2 0 9 餐厨垃圾( 干重) ， 在3 0 下置于2 0 0r i 血振荡器培养1 0d ，随后将5 0 0 i n l 烧杯内混合物取出一半， 加入5 0g 新鲜餐厨垃圾( 干重) 、1 0 0 n ：1 l 蒸馏水继续驯化培养，持续2 3 周。试 验开始时，在反应容器内加入4 6 2g 餐厨垃圾( 干重) 、1 0 m l 微生物菌液，加入 蒸馏水至混合物体积约为1 l 。试验中进行鼓风曝气，监测溶解氧( d o ) 、气体 流量、p h 。研究发现，试验初期，d o 下降为o ，从第五天开始迅速回升，达到 7 8g l 。p h 首先下降为3 5 左右，从第二天开始上升，最终达到9 0 。固体悬 浮物降解速率为7 9 趴l d ) ( 以干基计) 。5 d 内，8 2 的v s 得到降解。液相中的 n 0 3 。及p 0 4 在试验结束时浓度降为o 。研究认为，d o 、p h 可以作为浆状好氧法 生物反应器工作效率的评价指标，浆状好氧法生物反应器处理餐厨垃圾效果良 好。 餐厨垃圾堆肥有处理方法简单、堆肥产品中氮素损失小的优点，可用于农业 或制作动物饲料。缺点是占地面积大、处理周期长，堆肥过程中产生的渗沥液和 臭气会对周边环境造成二次污染，同时餐厨垃圾的高含量油脂和高含盐量不利于 微生物的生长，从而制约了好氧堆肥工艺的处理效果。 湿式厌氧消化 厌氧消化即在缺氧情况下，利用自然界固有的厌氧菌( 特别是甲烷菌) ，将垃 圾中有机物作为它的营养源，通过甲烷菌的新陈代谢生理功能，将垃圾中有机物 转化为沼气和沼肥的整个生产工艺过程【3 ”4 】，通称“有机物垃圾厌氧消化作用 。 大致分为产酸和产甲烷2 个阶段。产酸阶段主要是水解和发酵菌群将复杂的有机 物分解为简单的有机物，进而降解为各种有机酸；产甲烷阶段主要是产甲烷菌将 9 低浓度铬污染土壤与餐厨垃圾混合堆肥研究 部分简单有机物转化为甲烷和二氧化碳。王星等【3 5 】研究了餐厨垃圾两段法厌氧 消化工艺与整体一段法的性能差异。两种工艺的累积产气量几乎不存在差异，产 气率分别达到1 3 5 6 6 眦g v s 和1 3 4 5 6 l k g v s 。两种工艺相比，一段法的产气周 期短，但是产气的稳定性不佳，在整个消化过程中产气量波动明显，规律性不明 显。研究认为：对于餐厨垃圾的厌氧消化，整体一段法的产气周期短，工艺运行 简单，应用到工业化生产上，一段法具有明显优势。s u i l k e eh a i l 掣3 6 】进行了两 段法产生物气的可行性研究。研究发现，反应最初阶段碳水化合物的迅速降解导 致p h 的下降，产生抑氢现象，提高底物稀释率后，减少了抑氢现象。在高挥发 性固体s ) 给料负荷下1 1 9k ( i n 3 d ) ，v s 去除率达到7 2 5 。经去除的v s 中有2 8 。2 转化为h 2 ，6 9 9 转化为c h 4 ，产h 2 量为3 6 3m 3 ( m 3 d ) ，产c h 4 量为1 7 5m 3 ( m 3 d ) 。李俊涛等【3 7 】通过新鲜泔脚特性分析、脱水、最佳接种 率、最佳含水率及最大有机负荷等一系列试验，得出在接种率8 0 ，含水率9 0 及挥发性悬浮固体4 ( l d ) 的条件下，厌氧反应能顺利进行，厌氧消化是生态上 比较合理、经济上可行的处理方法。上海市已经建设了两座生活垃圾厌氧消化处 理厂。该工艺技术较成熟，经济效益较显著，但投资回收期约为8 1 0 年。 干式厌氧消化 餐厨垃圾的干式厌氧消化技术是一种相对新的技术，应用还不够广泛。国内 外利用干式厌氧消化处理餐厨垃圾的研究还不多见。餐厨垃圾经过简单的分选粉 碎后，通过与系统部分厌氧消化污泥的混合调质后加入密封的厌氧消化器。厌氧 消化器一般通过热蒸汽或电能来加热保温，提高厌氧消化系统的温度，并目在进 料后通入一定量的氮气，保证其厌氧环境。厌氧消化产生的沼气经过净化直接作 为能源，消化后的剩余物经过固液分离，沼渣经好氧堆肥稳定化，达到灭菌的效 果，并