有機固體廢棄物土地利用的生態(tài)風險機制及控制研究.pdf

1、隨著社會生產(chǎn)力與人們生活水平的提高，固體廢棄物所帶來的環(huán)境問題日益嚴重。在目前的處理途徑中，將城鄉(xiāng)有機固體廢棄物堆肥化后土地利用，是解決固廢問題最具經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益的方法之一。但是，有機固體廢棄物中不易降解的重金屬以及顯著高于土壤背景值的營養(yǎng)成分，會給土壤健康、植物生長甚至地下水環(huán)境帶來非常大的風險。本論文以污水廠剩余污泥與禽畜糞便為研究對象，通過中試試驗，探討了堆肥過程對有機固廢中重金屬形態(tài)分布及植物毒性的影響機理；通過實驗室模擬

2、，獲得了土壤中C、N、微生物數(shù)量與種群等參數(shù)對牛糞堆肥土地利用的短期響應動態(tài)模型，闡明了污泥堆肥施用對土壤-植物系統(tǒng)的影響機制，并探究了土壤重金屬在施用污泥堆肥后的活化機制與空間遷移規(guī)律。研究結(jié)果為全面了解有機物料對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，實現(xiàn)有機固體廢棄物的資源化提供理論依據(jù)與技術(shù)指導。主要結(jié)論有： 1、污泥與豬糞中重金屬Cu、Zn、Pb的總量及其活性在堆肥的中溫期與高溫期顯著降低；同時，通過種子發(fā)芽試驗發(fā)現(xiàn)污泥及豬糞對青菜(B

3、rassica Chinensis)與黑麥草(Loliumperenne L.)的植物毒性隨堆肥的進行顯著降低，表明施用腐熟的堆肥可降低土地利用的風險。在用重金屬有效性形態(tài)之和(交換態(tài)+碳酸鹽結(jié)合態(tài)+鐵錳氧化態(tài)+有機結(jié)合態(tài)，EXCH+CAR+FeMnOX+OMB)回歸青菜與黑麥草發(fā)芽指數(shù)(GI)的方程中，只有污泥堆肥中的Cu和豬糞堆肥中的Pb與青菜及黑麥草的GI線性相關(guān)。但是，在回歸方程中加入pH、有機質(zhì)( OM)以及溶解性有機碳(DO

4、C)等參數(shù)后，回歸相關(guān)系數(shù)R顯著提高，說明將重金屬形態(tài)與堆肥過程中關(guān)鍵理化性質(zhì)結(jié)合來評估堆肥的植物毒性，能建立更有價值的評價模型。 2、土壤中Copiotrophic菌數(shù)量、微生物活性以及種群多樣性在施用牛糞堆肥后都呈波動變化，并通過傅立葉分析檢測出顯著的簡諧振動波。土壤中pH值、DOC含量、NH4+-N與NO3--N等化學性質(zhì)只在施用堆肥后一周內(nèi)有顯著的波動變化，并與土壤Copiotrophic菌數(shù)量、微生物活性及種群數(shù)顯著

5、相關(guān)。土傳病菌P．ultimum致病性的AUDPC( area underdisease process curve)在添加牛糞堆肥后短期內(nèi)呈簡諧振動模型變化，且與Copiotrophic菌數(shù)量的變化有相同的簡諧振動頻率與周期。這些參數(shù)在傳統(tǒng)耕作土壤中的波動幅度均大于常年有機化管理的土壤，說明傳統(tǒng)耕作土壤生態(tài)系統(tǒng)對施用堆肥的響應更強烈，有機化管理的土壤生態(tài)系統(tǒng)更穩(wěn)定、更健康。 3、土地投放量比較低的污泥或污泥堆肥可明顯提高青菜

6、的株高及產(chǎn)量，而黑麥草的株高與生物量隨堆肥添加量的增加而增加。添加污泥或堆肥增加了植物體內(nèi)Cu和Zn的含量，通過連續(xù)提取法發(fā)現(xiàn)，植物中重金屬含量與其在土壤中EXCH及CAR形態(tài)的變化量有較好的相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)隨植株栽培時間的增加而增加，說明有機固廢堆肥中Cu、Zn的毒性隨土地利用時間而增強。同時，植物吸收重金屬的量還與FeMnOX與OMB的變化量顯著相關(guān)，說明植物可能間接影響了土壤中重金屬的形態(tài)分布。就青菜與黑麥草的生長情況及其吸收

7、重金屬的含量而言，施用堆肥更為適宜，且最佳添加量分別控制在20％與60％以內(nèi)。 4、60cm土柱模擬試驗結(jié)果表明：表施與混施污泥堆肥30天后，土壤pH值在施用深度以下5～10cm的變化最顯著，且有機質(zhì)也有總體向下遷移的趨勢。表面施用堆肥使表層土壤中(0～10cm) Cu、Zn、Pb的溶出量在短期內(nèi)均顯著增加，而在下層土壤剖面中逐漸累積?；旌鲜┯枚逊实奶幚碇?，0～20cm層Cu、Zn、Pb的溶出量均在施用堆肥后第5天達到最高，在

8、30～50cm層土壤中，重金屬也在10天內(nèi)達到最大溶出量，將對地下水質(zhì)量造成一定威脅。土壤Cu和Zn的淋溶量均與DOC呈對數(shù)線性擬合關(guān)系，而土壤溶液中Pb的含量與DOC呈線性相關(guān)，這說明在重金屬的溶出過程中DOC起到很重要的作用，特別是在土壤中重金屬含量較高的情況下。土壤中EXCH、CAR、FeMnOX及OMB形態(tài)重金屬的變化與其溶出量顯著相關(guān)，特別是以EXCH與FeMnOX形態(tài)存在的Cu、Zn、Pb含量的變化均與其溶出量呈顯著負相關(guān)關(guān)

9、系。 5、利用以FeSO4為底物的氧化亞鐵硫桿菌(T.fe)對污泥進行生物瀝濾去除重金屬。Zn的去除率在第2天就達到95％，而Cu的瀝濾啟動較慢，在第4天才有了37％的去除率，這主要是由于Zn在pH值3.0～4.0時就有很高的去除率，而Cu在pH<3.0時才能得到較好的去除。由于污泥長時間處于酸性環(huán)境，氮、磷、鉀及有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)有一定流失。在堆肥過程中添加粉煤灰( FA)、石灰(LM)及磷礦粉(PR)等鈍化劑，使Cu、Zn、