施用堆肥污泥对土壤肥力及植物生长的影响

土地利用有望成为市政污泥处置的主要途径。本研究以好氧堆肥的市政污泥为研究对象,通过田间试验,设置不同堆肥污泥施用量：0%、30%、50%、70%、100%(堆肥污泥与土壤体积配比),研究堆肥污泥施用对土壤肥力、植物生长以及土壤重金属含量的影响。结果表明：堆肥污泥施用未造成土壤酸碱化,土壤肥力等级由三级一般土壤提升为二级肥沃土壤,土壤主要营养组分含量随污泥施用量的增加均显著提高,其中堆肥污泥添加比例为50%时土壤有机质增加1.9倍、碱解氮增加3.0倍、有效磷增加9.5倍、速效钾增加3.7倍。堆肥污泥添加比例为50%时木春菊组长势最好,添加比例为30%时鼠尾草组和高羊茅&黑麦草组长势最佳,但是不同添加比例下早樱组生长并无显著差异。尽管施用堆肥污泥会导致试验区土壤重金属含量略有升高,但远低于《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T 362-2011)所规定的污染物指标及其限值,未造成土壤重金属污染。本研究将为堆肥污泥的土地利用提供理论依据和数据支撑。     

施污泥对盐碱土理化性质和小麦生长的影响

污泥的土地利用既能实现植物营养元素的回收利用,又具有操作简单、成本低廉的优点,已经成为一种常见的污泥资源化方式。将城市污水处理厂脱水污泥以不同的比例施用于重度盐碱化土壤,进行了2次改良为期20个月的孵育试验,研究不同污泥施用量对盐碱化土壤理化性质的影响及随时间的变化规律。结果表明:随着污泥施用量的增加,土壤容重、pH值和碱化度得到有效降低,土壤养分含量明显增加,20个月内改良土壤中重金属的危害较小。同时以小麦发芽和生长状况作为植物诊断指标,综合确定合理的污泥投加量为污泥占混合土质量的30%~50%。     

污泥堆肥草坪基质利用对草坪生长及土壤和水环境的影响

利用污泥堆肥和土壤按不同体积比例混合(污泥堆肥添加比例分别为0%、10%、25%、50%、75%和100%)作为草坪基质进行马尼拉草坪盆栽试验,分析污泥堆肥草坪基质利用对草坪生长及土壤和水环境的影响.结果表明,马尼拉的生长势随草坪基质中污泥堆肥添加比例的提高而增强;马尼拉的植物Hg含量与草坪基质的Hg含量存在较高相关性;草坪基质的Cr、Cd、Hg含量随污泥堆肥添加比例的提高而显著提高,但均未超过土壤三级标准;各处理淋溶液和草坪基质的重金属和氮含量存在较高相关性,本试验中当污泥堆肥添加比例达到50%以上时,淋溶液将出现Cd和硝酸盐浓度超标现象.     

污泥堆肥对针茅和车前草生长的影响

针对城市污水厂污泥堆肥利用问题,选取了北方常见的2种多年生草本植物——针茅(Stipa capillata Linn.)和车前草(Plantago asiatica Linn.),利用盆栽试验研究了在污泥堆肥混合比例(污泥堆肥与壤质黏土质量比)分别为0%、5%、10%、15%和20%时,土壤中植物的长势和对营养元素的利用率。结果表明,随着污泥堆肥混合比例的增加,土壤的有机质、凯氏氮、总磷浓度和电导率升高,p H呈略微降低趋势。不同植物所需的最佳污泥堆肥混合比例不同,当混合比例为15%时,针茅的干重最大;混合比例为10%时,车前草的干重最大。SPSS方差分析表明,5%的混合比例对针茅单株干重增长量的影响最为显著,而20%的混合比例对针茅生长有明显的抑制作用;10%的混合比例对车前草单株干重增长量的影响最为显著。植物吸收营养元素的量仅占土壤减少量的小部分,针茅和车前草对污泥堆肥中营养元素的利用率随着污泥堆肥混合比例的增加而减少。混合比例为10%时,针茅对氮和磷的利用率分别为1.76%~6.15%和0.93%~2.57%;车前草对氮和磷的利用率分别为2.52%~9.13%和3.57%~8.98%。     

粉煤灰钝化污泥对土壤理化性质及玉米重金属累积的影响

通过温室盆栽试验研究施用不同量及不同比例粉煤灰钝化污泥对土壤理化性质、玉米生长和重金属累积的影响。试验结果表明：施用粉煤灰钝化污泥能显著提高酸性土壤的pH值和Ca、Mg、B的含量,降低土壤的电导率和重金属的有效性。施用合适比例和合适量的粉煤灰钝化污泥能明显改善土壤的物理性质,增加土壤的N、P养分,并能显著提高玉米地上部干物重。10％和5％是高施用量和低施用量时合适的粉煤灰加入比例,施用此比例粉煤灰钝化污泥时,玉米的地上部干物重显著高于施用化肥的对照土壤或于之相当,且没有硼和重金属的毒害。     

生物质炭输入对污泥施用土壤-植物系统中多环芳烃迁移的影响

利用温室盆栽黑麦草实验,研究了生物质炭输入对污泥施用土壤性质、植物生长及土壤-植物系统中多环芳烃迁移性能的影响.结果表明,施用含炭堆肥污泥更有利于改善土壤的缓冲性能及增加土壤养分含量,与普通堆肥污泥处理相比,施用含炭堆肥污泥的黄棕壤和红壤中阳离子交换量分别提高了10%和5%,而2种土壤总氮含量则分别提高了13%和18%.同时,生物质炭的输入更有利于促进植物生长,与普通堆肥污泥处理相比,2种土壤中含生物质炭堆肥污泥处理黑麦草生物量均提高了23%,黄棕壤和红壤中种植的黑麦草叶绿素含量分别增加了8%和10%.生物质炭的输入还使得污泥-土壤体系中的多环芳烃转移到植株中的量明显减少,含炭堆肥污泥处理中多环芳烃在黑麦草中的累积量比普通污泥相应处理降低了27%~34%.因此,生物质炭作为污泥堆肥调理剂,不仅能进一步改良土壤性质,促进植物生长,还可以有效限制污泥-土壤体系中多环芳烃在环境中的迁移,降低潜在的污染风险.     

添加低比例石灰调质的脱水污泥堆肥试验研究

添加石灰可以快速实现污泥干化,抑制污泥恶臭产生、钝化重金属及杀灭病原微生物,但大量石灰(>5%)的加入不但会增加成本,而且会明显提高产物pH值,极大限制了其后续利用,因此,开展了采用添加低比例(￡5%)石灰调质进行污泥堆肥的研究.试验采用罗迪格(Leodige)高效混合设备制备石灰质量分数分别为1%、5%和5%+熟料的混合污泥作为堆肥原料,与未添加石灰的污泥进行对比堆肥.采用氧温控制系统在线监测氧气和温度,实时反馈并控制系统通风.结果表明:堆肥15d后,添加石灰的3组堆肥pH值分别从9.06、12.17、12.34下降至弱碱性水平(<8.3),挥发分从57.35%、45.97%、44.59%下降至44.20%、39.28%、38.42%;4组堆肥减量比均达到50%以上,除2#减量速率明显较慢外,其他3组堆肥减量速率无显著差异;重金属浸出试验检测发现,重金属浸出浓度受pH值的影响较大,添加5%石灰的堆体,Cu、Ni、Zn的浸出液浓度最低.工程应用中,建议采用添加质量分数5%的石灰与一定的熟料返混,从而提高堆肥效率及产品品质.     

不同堆肥工艺处理的城市污水污泥对滨海湿地土壤中养分释放特征和潜力的影响

通过土壤培养实验研究了4种不同堆肥［纯城市污水污泥堆肥、玉米秸秆生物炭（CSB）改良堆肥、益生菌菌剂（EM）改良堆肥和CSB+EM改良堆肥］在土壤中的碳、氮、磷和钾等养分释放特性及其对土壤溶解有机质（DOM）光谱特征、微生物群落的影响.结果表明,堆肥添加可显著降低土壤的pH,提高土壤的电导率,同时提高土壤中植物可利用养分［如可溶性有机碳（DOC）、NH₄⁺-N、NO₃^--N、速效磷（AP）和速效钾（AK）］含量;比较不同堆肥发现CSB+EM改良堆肥（CSB+EM-C）具备更高的养分释放潜力,且同时显著提高土壤DOM的腐殖化程度;高通量测序结果发现堆肥添加可以增加优势菌门水平上的相对丰度（如变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门）,但不同堆肥之间有所差异,其中CSB+EM-C的提高潜力最大.综合上述结果证实CSB+EM的堆肥工艺具有最佳的堆肥养分供应和改善土壤质量的潜力.该研究能够为建立有效的城市污水污泥资源化利用和滨海湿地退化土壤改良综合技术策略提供科学的理论依据.     

膨润土调质对污泥堆肥的脱毒及重金属钝化和雌酮消除作用

利用干基添加比例为0~10%钙基膨润土对污泥进行了调质,通过52 d的好氧堆肥研究了调质对堆体温度、pH、水溶性盐分(EC)、有机碳、总氮、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)的影响,并进一步分析了其对污泥脱毒(种子萌发)和重金属(Zn、Cu、Pb、Cd)钝化及雌酮(E1)消除的影响.结果表明,污泥经外加膨润土调质后,可以促进堆肥物料的热灭活无害化,能使有机碳矿化率达到15.27%~19.71%;堆肥过程中各处理堆肥pH先降低后升高,最终稳定在6.76~7.05之间,但膨润土调质堆肥pH的波动变缓;添加膨润土的堆肥EC显著低于对照处理(1 132μS·cm~(-1)),整个堆肥过程EC值随着膨润土添加比例的增加而稍有降低.堆肥过程中的总氮含量逐渐增加,但对照处理在堆肥初期存在一定的氮素损失,而污泥经过调质可减少堆肥初期氮素损失;整个堆肥中NH_4~+-N含量先增加后降低,各处理NO_3~--N均呈现出逐渐增加的趋势,表明污泥调质促进NO_3~--N的转化.虽然调质对种子发芽产生一定的抑制作用,但均不影响堆肥的腐熟,且能显著促进重金属的钝化,同时添加膨润土处理显著降低堆料E1含量,添加比例5%处理使E1含量由90.48μg·kg~(-1)降低至28.27μg·kg~(-1).研究表明,膨润土不高于5%的添加比例是适合的污泥调质措施,在污泥堆肥物料的安全化、脱毒及重金属钝化和雌酮消除方面具有较好的应用潜力.     

秦皇岛市城市污泥堆肥土地利用的可行性研究

针对秦皇岛市面临的城市污泥好氧堆肥土地利用难以实施的现状,以秦皇岛市绿港污泥处理厂城市污泥好氧堆肥为例,对其中的有机质及养分含量进行检测分析,并将检测结果与国家标准和农家肥进行比较。结果表明,秦皇岛市城市污泥好氧堆肥的有机质、氮、磷、钾等养分含量高,pH呈中性,污泥土地利用的潜力较大,是一种值得合理利用的有机肥源。但限于城市污泥好氧堆肥中重金属含量的影响,在农用时可用于油料作物、果树、饲料作物和纤维作物,用于蔬菜和粮食作物应谨慎使用;在用于园林绿化或土地改良时可直接用在中性或碱性土壤上,在酸性土壤上用时需添加部分其他有机物料。但城市污泥好氧堆肥土地利用的前提条件是必须通过灭活处理达到无害化的卫生要求。     

不同钝化剂对土壤有效态铅和镉含量的影响

通过向土壤中添加蚕沙、熟石灰和磷酸二氢钾,研究不同钝化处理对土壤有效态重金属含量、pH值及有机质含量的影响。结果表明:添加蚕沙和熟石灰都能使土壤中高植物有效性的有效态Pb和有效态Cd大幅下降;其中以单施蚕沙处理效果最优,其对Pb和Cd的钝化效率分别达到36.5%和39.2%,而蚕沙+熟石灰处理钝化效果次之,分别为24.3%和26.9%。磷酸二氢钾的钝化作用不明显。添加熟石灰对土壤pH值影响最大,而蚕沙大幅增加了土壤中有机质含量。经统计分析,土壤pH值、有机质含量都与土壤有效态Pb、Cd含量之间呈负相关,说明通过提高土壤pH值及有机质含量,降低土壤重金属活性是土壤重金属钝化的主要机理。     

不同钝化剂对土壤有效态铅和镉含量的影响

通过向土壤中添加蚕沙、熟石灰和磷酸二氢钾,研究不同钝化处理对土壤有效态重金属含量、pH值及有机质含量的影响.结果表明:添加蚕沙和熟石灰都能使土壤中高植物有效挂的有效态Pb和有效态Cd大幅下降;其中以单施蚕沙处理效果最优,其对Pb和Cd的钝化效率分别达到36.5％和39.2％,而蚕沙+熟石灰处理钝化效果次之,分别为24.3％和26.9％.磷酸二氢钾的钝化作用不明显.添加熟石灰对土壤pH值影响最大,而蚕沙大幅增加了土壤中有机质含量.经统计分析,土壤pH值、有机质含量都与土壤有效态Pb、Cd含量之间呈负相关,说明通过提高土壤pH值及有机质含量,降低土壤重金属活性是土壤重金属钝化的主要机理.     

城市污水处理厂剩余污泥堆肥的实验研究

污泥由于产量大且成分比较复杂,如何对它进行无害化,稳定化处理,使其成为替代资源已经越来越受到人们的关注。基于好氧堆肥装置系统,以徐州市某污水处理厂的剩余污泥为研究对象,研究了污泥处理过程中温度、含水率、有机质、有机碳以及pH值和重金属等指标的变化规律。研究结果表明：采用污泥与稻草的体积比为1：2的比例堆肥,控制初始含水率为70％左右,可顺利实现升温。堆肥15d后,物料含水率、有机质、有机碳都有了明显的降低;总氮、总磷以及水溶性钾的含量都有了不同程度的增加;重金属含量有了一定程度的降低,符合堆肥的要求。     

污泥富磷堆肥前后重金属赋存形态及释放能力变化

市政污泥富含有机质和N、P等营养元素,经堆肥稳定化处理后可成为矿山废弃地复垦的良好基质,但市政污泥中含有的重金属成为限制其土地利用的主要瓶颈.以磷尾矿为辅料进行污泥堆肥处理,既可利用其中磷酸盐固定市政污泥中的重金属,又可实现磷尾矿和市政污泥的协同资源化利用.以磷尾矿渣为辅料,采用高温好氧堆肥工艺,研究污泥堆肥前后重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd和Zn的赋存形态以及不同pH条件下的重金属浸出特性,探讨污泥富磷堆肥处理对堆肥中重金属迁移转化的影响.结果表明,污泥添加磷尾矿渣经过堆肥处理,促进了重金属由不稳定形态向稳定形态转化,降低了重金属在土壤自然pH范围(6~8)内及强碱性条件下的潜在释放风险,有利于污泥的土地利用.     

酵母生产剩余污泥和糖渣混合堆肥试验研究

堆肥是世界范围内处理有机固体废弃物的一种普遍工艺,本试验以酵母生产副产物糖渣和污泥为原料,以谷糠为填充料,以RW促腐剂为发酵菌剂,按一定比例混合后堆肥,研究了污泥和糖渣混合堆肥的可行性以及处理过程中温度、含水率、pH、有机质、重金属、卫生学等指标的变化规律。试验结果表明,污泥和糖渣混合堆肥具有可行性,初始含水率控制在60%左右,添加一定量的发酵菌种和填充料,并控制合适的翻堆频率,可以顺利实现堆体升温发酵腐熟,并最终满足污泥糖渣无害化、减量化要求。     

玉米和小麦对城市污泥施用土壤中多氯联苯的吸收和传输特征

城市污泥施用农田能够改善土壤性状及促进作物生长,但也会使农田存在重金属和有机污染物等污染风险. 多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)作为一类持久性有机污染物,被作物吸收、累积后经食物链传递,潜在威胁着人体健康. 为探究城市污泥施用农田后PCBs在土壤和作物(玉米和小麦)中的分布特征,解析玉米和小麦对土壤PCBs的吸收和传输规律与差异,以关中地区城市污泥施用土壤为研究对象,设置不同植物种属、污泥施用量和污泥类型的土壤盆栽培养试验. 结果表明:①城市污泥施用后造成土壤、玉米和小麦的PCBs污染,土壤、植物根和地上部分以低氯代PCBs〔一氯代PCBs(mono-PCBs)~五氯代PCBs(penta-PCBs)〕为主,且百分含量呈依次增加趋势. ②与种植前相比,种植植物后土壤中更低氯代的PCBs占主导;且土壤∑PCBs消减了20.00%~79.30%,各处理对∑PCBs的消减差异表现为玉米高于小麦、单倍污泥施用量高于双倍污泥施用量、有机质含量最高的污泥施用处理∑PCBs的消减率最高. ③植物根可以吸收土壤PCBs并向地上部分传输,且吸收和传输能力与植物种属、污泥施用量和污泥类型有关,小麦对污染土壤∑PCBs及各PCBs同系物的吸收能力均强于玉米,而传输能力较弱;双倍污泥量施用下植物根对∑PCBs、一氯代PCBs(mono-PCBs)~四氯代PCBs(tetra-PCBs)和六氯代PCBs(hexa-PCBs)的吸收减弱;有机质含量最低的污泥施用下植物根对∑PCBs的吸收能力最强. 研究显示,城市污泥施用会引起土壤和作物PCBs污染,种植作物能消减污染土壤PCBs,而小麦和玉米对土壤∑PCBs及各PCBs同系物的消减和吸收传输存在种属差异.      

土壤中溶解性有机质对不同类型堆肥的响应差异

为探究不同类型堆肥施用对土壤溶解性有机质（DOM）的影响,以空白土壤为对照,采用紫外、荧光光谱并结合平行因子分析对分别添加不同比例的牛粪堆肥、餐厨垃圾堆肥和污泥堆肥土壤中DOM进行分析,探究DOM结构变化特征及其驱动因素.结果表明,3种堆肥施用后土壤中AN、NH₄⁺-N、DOC和SOM含量均显著提高,SOM和DOC含量随堆肥添加量的增加而增加;施用牛粪和餐厨垃圾堆肥更有利于土壤中AN、NO₃^--N和DOC含量的提高,而施用污泥堆肥土壤中NH₄⁺-N和SOM含量更高.堆肥施用后DOM结构特性的改变主要表现为共轭苯环结构、疏水性组分、醌基和显色组分含量显著提高,不饱和有机分子π→π^*的跃迁更为活跃,DOM分子量增大,腐殖化程度增强.堆肥低剂量添加（5%）时,餐厨垃圾堆肥更有利于DOM的芳构化和腐殖化;堆肥较高剂量添加（10%和20%）时,牛粪堆肥更能驱动DOM结构变化;污泥堆肥对DOM结构影响最弱.堆肥施用后土壤DOM荧光组分相对含量发生改变,小分子类腐殖质相对含量增加,类蛋白相对含量降低.二维相关光谱表明,施用牛粪和餐厨垃圾堆肥土壤中DOM荧光组分变化顺序为：类蛋白 > 大分子类富里酸 > 小分子类腐殖质;而施用污泥堆肥土壤中表现为：大分子类富里酸 > 类蛋白 > 小分子类腐殖质.DOM结构变化受多种因素共同影响,影响程度表现为：堆肥种类 > 添加比例 > 理化因子 > 培养时间.DOC和AN含量的增加是引起DOM腐殖化程度增强和类蛋白相对含量降低的重要因素,小分子类腐殖质相对含量与NO₃^--N含量显著正相关,DOM中大分子类富里酸相对含量因外源SOM的输入而增加.     

碱性固体对污泥的调质堆肥影响及产品对土壤的改良潜力

为了科学评判不同碱性固体物质对调质污泥高温堆肥的影响及其有机肥对贫瘠土壤的改良潜力,通过用质量分数为10%的秸秆(干)炭、硬木炭、粉煤灰和石灰等碱性固体物质对污泥和锯末混合物料进行了调质,运用好氧堆肥的方式研究了不同碱性固体物质对调质污泥高温堆肥的影响,并用小青菜盆栽试验法探讨了有机肥对贫瘠土壤的改良潜力.结果表明,污泥经外源碱性固体调质后,可以延长高温期的时间,促进堆肥物料的热灭活无害化;秸秆炭和硬木炭调质能显著促进有机质矿化,达21.65%和18.16%;堆肥过程中各处理堆肥pH先降低后升高最终逐渐稳定在6.78~7.33之间,但粉煤灰和石灰调质会使得堆肥初期pH较高;碱性固体调质有利于降低堆肥产品的水溶性盐分含量,至堆肥结束各处理EC均低于3 000μS·cm-1;污泥经过调质后,堆肥的总氮含量逐渐增加,但粉煤灰和石灰调质会导致堆肥初期存在一定的氮素损失,而秸秆炭和硬木炭调质可以减少堆肥初期氮素损失;各调质处理中NH+4-N含量先增加后降低,NO_3~--N均呈现出逐渐增加的趋势,秸秆炭和硬木炭调质可以促进污泥NO_3~--N的转化,而石灰和粉煤灰调质则对NO_3~--N的转化和种子发芽产生一定的抑制作用,但均不会影响堆肥的腐熟;贫瘠土壤经过调质堆肥改良后,土壤有机质和NPK含量显著增加,小青菜生物量增加显著;与未调质堆肥相比,虽然调质后的堆肥对小青菜Cu、Zn的吸收具有一定的抑制作用,但相比于原贫瘠土壤而言,本研究获得的各种堆肥仍能促进小青菜对微量元素Cu、Zn的吸收.研究表明,相比于硬木炭、粉煤灰和石灰等碱性固体物质,秸秆炭更适合于污泥堆肥调质,其堆肥产品具有较好的贫瘠土壤改良潜力.     

市政污泥堆肥对矿山废弃地生态恢复影响的研究进展

市政污泥作为城市污水处理过程中的副产物,含有大量的有机质和丰富的氮、磷、钾等营养物质,经堆肥处理后可用作矿山废弃地生态恢复的土壤改良基质.已有实验室模拟和场地规模研究结果表明,污泥堆肥的施用可同步实现矿山废弃地土壤基本理化性质改善、土壤微生物数量和代谢活性提高、植被的快速生长和生态功能的快速重建.污泥堆肥所含的氮、磷、有机质和重金属,在降雨渗流、微生物和植物根系的共同作用下淋溶进入水体或被植物富集,已有淋滤柱试验和短期植物种植研究结果表明,矿山有短期的二次污染风险,但风险可控.国外污泥/污泥堆肥用于矿山生态修复的案例证明,市政污泥经稳定化处理可促进矿山生态恢复,形成有效碳汇,而长期生态影响未来需要开展不同地域的场地跟踪监测并进行系统定量评估,从而进一步探讨该技术路线的可行性和安全性,同步实现市政污泥处理处置和矿山废弃地生态修复的双重目标,这也将成为未来评估市政污泥堆肥用于矿山生态恢复可行性的重要研究方向.      

不同原料堆肥胡敏酸的荧光特性

从以植物、鸡粪、生活垃圾、污泥、牛粪和杂草为主要原料的6种堆肥产品和草炭中提取胡敏酸类物质,对他们的激发、发射、同步和三维荧光光谱进行了研究. 结果表明:各荧光谱图中,草炭胡敏酸特征荧光峰出现在最大波长处,植物、牛粪和生活垃圾堆肥胡敏酸次之,鸡粪和杂草堆肥胡敏酸紧接其后,污泥堆肥胡敏酸最低,并且含有较强的类蛋白荧光. 各类堆肥的类富里酸荧光峰强度与类胡敏酸荧光峰强度的比值从小到大及腐殖质化程度由高到低均依次为0.708(草炭堆肥),0.893(植物堆肥),0.932(牛粪堆肥),0.940(生活垃圾堆肥),1.155(杂草堆肥),1.206(鸡粪堆肥)和1.521(污泥堆肥). 相对于草炭胡敏酸,堆肥胡敏酸普遍分子结构简单、芳构化程度较低,且具有较强的土壤元素活化能力,并且植物、牛粪和生活垃圾堆肥的胡敏酸在增大土壤环境容量及降低污染土壤中重金属移动性方面效果最佳.