城市污泥園林利用對(duì)植物和土壤的影響研究.pdf

1、隨著污水處理設(shè)施的普及、處理量的提高和處理程度的深化，污泥的產(chǎn)生量逐年增加，如何合理處置污泥，解決如此大量污泥的出路已成為非常緊迫的任務(wù)。污泥園林利用既可促進(jìn)植物生長，又能有效避開食物鏈循環(huán)，減少污泥運(yùn)輸費(fèi)用，是一種合理利用能源的方式。但是污泥中的有害物質(zhì)進(jìn)入土壤中，可能會(huì)對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生影響；此外過量的N、P可能會(huì)隨地表徑流進(jìn)入地表水體造成水體的富營養(yǎng)化。為科學(xué)利用污泥，降低其潛在風(fēng)險(xiǎn)，開展污泥園林利用對(duì)植物及土壤環(huán)境的影響

2、方面的研究具有重要意義。本文以上海市曲陽水質(zhì)凈化廠好氧堆肥污泥產(chǎn)品為主要研究對(duì)象，在分析污泥性質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)培養(yǎng)、盆栽和田間等一系列試驗(yàn)考察污泥的園林利用價(jià)值，并研究污泥園林利用后重金屬累積對(duì)土壤酶活性的影響，以及氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化和遷移規(guī)律，最后借鑒國外的方法對(duì)污泥園林利用可能帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了初步的評(píng)價(jià)。主要研究結(jié)果如下：(1)充分了解污泥的組成，特別是污染物和營養(yǎng)物的含量，是評(píng)價(jià)污泥園林利用適用性

3、不可缺少的前提。對(duì)堆肥污泥的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，其微帶泥土氣味，有機(jī)質(zhì)含量為508～659g/kg，TN為30.2～40.1g/kg，TP為6.44～8.62g/kg，是良好的有機(jī)肥料，具有較高的利用價(jià)值。污泥中Zn和Cu的含量較高，Zn 1652.7～2713.4mg/kg，Cu 159.2～545.6mg/kg，它們?cè)谒嵝酝寥郎鲜┯脮r(shí)有超標(biāo)和潛在風(fēng)險(xiǎn)。其它重金屬的含量均遠(yuǎn)低于國家污泥排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)重金屬的要求。

4、未檢測(cè)出優(yōu)先控制污染物，病原菌和寄生蟲卵均達(dá)到國家相應(yīng)要求。(2)污泥含有的營養(yǎng)成分很高，研究污泥作為有機(jī)肥對(duì)不同園林作物生長和產(chǎn)量的影響，來評(píng)價(jià)其園林利用價(jià)值。結(jié)果表明，施加污泥能促進(jìn)植物的生長，提高園林植物的觀賞價(jià)值。盆栽實(shí)驗(yàn)中污泥施加量為5％、10％和20％組高羊茅的生物量分別比對(duì)照組增加了317％、425％和177％。萬壽菊在混配土中的生物量13g左右，是對(duì)照組的2.79倍；開花數(shù)和花徑明顯增加。田間實(shí)驗(yàn)中，比較一

5、串紅在混配組與對(duì)照組中的植株高度、地上生物量和地下生物量，3個(gè)指標(biāo)分別增加40.5％、142.9％和55.6％。同時(shí)，植物的生長可以吸收部分隨污泥進(jìn)入土壤的重金屬，并且對(duì)于污泥中含量較高的Zn和Cu的吸收富集作用尤為顯著。重金屬向植物體內(nèi)遷移的有效性與其在土壤中的有效態(tài)含量相關(guān)。混配組高羊茅對(duì)土壤全氮和全磷的最大吸收率為分別20.66％和4.65％，吸收率最高值均出現(xiàn)在苗期至成株期間。高羊茅對(duì)磷素的吸收率和吸收量均比對(duì)氮素要

6、低，因此建議以作物對(duì)磷的需求量作為污泥施加量的控制指標(biāo)。(3)土壤酶是土壤營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝的重要參與者，土壤酶活性可作為土壤污染的重要生物活性指標(biāo)。以土壤酶作為考察指標(biāo)研究了污泥園林利用對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響。研究表明，污泥在盆栽和田間試驗(yàn)中均可以增強(qiáng)混配土中脲酶、磷酸酶活性，但對(duì)轉(zhuǎn)化酶活性的影響不大。這說明污泥中的有機(jī)碳和微生物可以增強(qiáng)土壤酶的活性?？紤]到污泥多次土地施用后，重金屬可能在土壤中造成累積，針對(duì)污泥中含量較

7、高的Zn進(jìn)行培養(yǎng)試驗(yàn)，研究其對(duì)土壤酶活性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)土壤中Zn2+濃度較高時(shí)，會(huì)對(duì)土壤酶產(chǎn)生抑制作用，4種酶對(duì)Zn2+的敏感性依次為過氧化氫酶＞磷酸酶＞脲酶＞轉(zhuǎn)化酶，且Zn2+對(duì)潮灘土比對(duì)混配土酶活性的抑制作用大。比較土壤Zn2+濃度為300～900mg/kg，磷酸酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶活性在單一污染和復(fù)合污染情況下的變化情況，發(fā)現(xiàn)Zn2+在該濃度范圍內(nèi)對(duì)土壤酶活性未產(chǎn)生明顯的抑制作用，但當(dāng)有其他重金屬(如Cu和Ni)存在

8、時(shí)，土壤中酶活性明顯隨重金屬負(fù)荷的升高而降低。通過微生物群落結(jié)構(gòu)研究了重金屬對(duì)土壤酶活性的影響機(jī)理，發(fā)現(xiàn)重金屬污染土壤的16SrDNA圖譜與對(duì)照?qǐng)D譜相比產(chǎn)生了一些改變，說明在多種重金屬的誘導(dǎo)作用下，混配土中微生物群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了變化，一些耐重金屬的菌屬適應(yīng)環(huán)境，逐漸繁殖成為優(yōu)勢(shì)菌群，同時(shí)部分原有的菌屬在重金屬的脅迫作用下，逐漸消亡。(4)植物生長離不開氮素，同時(shí)氮素也是引起水體富營養(yǎng)化的主要限值因子。通過盆栽實(shí)驗(yàn)考察了污

9、泥園林利用后，土壤中各種氮素在植物種植期間的動(dòng)態(tài)變化，并通過土柱模擬降雨實(shí)驗(yàn)研究了氮素在土壤中的遷移和淋出情況。結(jié)果表明，土壤全氮除植物種植的初期濃度有所下降外，在植物生長期間含量較為穩(wěn)定。混配土中的氨氮在施肥一段時(shí)間后幾乎全部轉(zhuǎn)化為硝氮，污泥施加量5％、10％和20％組土壤氨氮轉(zhuǎn)化所需要的時(shí)間分別為20d、35d和45d左右。混配土中的硝氮逐漸向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，5％、10％和20％組硝氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮需要的時(shí)間分別為1個(gè)月、2個(gè)

10、月和3個(gè)月。模擬8年自然降雨量表明，混配土淋出液中氨氮濃度略高于對(duì)照組，但仍滿足我國地表水三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。淋出液硝氮濃度與對(duì)照相比差異不顯著(P＞0.05)，從土壤剖面氨氮、硝氮、全氮的遷移情況來看，三者在混配土中濃度與對(duì)照相比差異不顯著(P＞0.05)，說明氮素未向土壤深層遷移。(5)磷素是植物生長所必需的元素，也是溫帶水體富營養(yǎng)化的限值因素。研究污泥園林利用后磷素的動(dòng)態(tài)變化情況，結(jié)果表明，在植物種植期間，混配土全磷含量幾乎不

11、變，有機(jī)磷含量在植物生長期間呈緩慢下降趨勢(shì)；速效磷變化規(guī)律不明顯。模擬8年自然降雨量表明，污泥的施用不會(huì)增加潮灘土壤總磷的淋出，淋出液中總磷濃度與對(duì)照相比差別不大，且兩年降雨量淋溶后，實(shí)驗(yàn)土柱中淋出液的總磷濃度均小于地表水二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。從磷素在土柱剖面的遷移情況看，在0～5cm土層中混配土土壤全磷和有效磷含量略高于對(duì)照組，但5～1 0cm土層中未發(fā)現(xiàn)明顯差異。(6)針對(duì)污泥中的主要重金屬風(fēng)險(xiǎn)因素——Zn，在園林利用過程中給環(huán)境

12、帶來的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在“污泥→人體”途徑中，污泥的Zn濃度小于19300mg/kg干泥時(shí)，不會(huì)影響人體健康。在“污泥→植物”途徑中，調(diào)查分析了前期實(shí)驗(yàn)中16種園林綠化植物和372個(gè)土壤樣品，其中施加污泥土壤Zn濃度為62～394mg/kg之間，均未發(fā)現(xiàn)施泥土壤中植物比對(duì)照組生長量降低50％的情況。在“污泥→微生物”途徑中，根據(jù)土壤酶和Zn濃度之間的暴露劑量關(guān)系，推算導(dǎo)致土壤酶磷酸活性降低10％時(shí)的土壤Zn濃度為8