有機(jī)固體廢棄物土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制及控制研究.pdf

1、隨著社會(huì)生產(chǎn)力與人們生活水平的提高，固體廢棄物所帶來(lái)的環(huán)境問題日益嚴(yán)重。在目前的處理途徑中，將城鄉(xiāng)有機(jī)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(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的方法之一。但是，有機(jī)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(yíng)養(yǎng)成分，會(huì)給土壤健康、植物生長(zhǎng)甚至地下水環(huán)境帶來(lái)非常大的風(fēng)險(xiǎn)。本論文以污水廠剩余污泥與禽畜糞便為研究對(duì)象，通過(guò)中試試驗(yàn)，探討了堆肥過(guò)程對(duì)有機(jī)固廢中重金屬形態(tài)分布及植物毒性的影響機(jī)理；通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)牛糞堆肥土地利用的短期響應(yīng)動(dòng)態(tài)模型，闡明了污泥堆肥施用對(duì)土壤-植物系統(tǒng)的影響機(jī)制，并探究了土壤重金屬在施用污泥堆肥后的活化機(jī)制與空間遷移規(guī)律。研究結(jié)果為全面了解有機(jī)物料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢棄物的資源化提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。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(shí)，通過(guò)種子發(fā)芽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)污泥及豬糞對(duì)青菜(B

3、rassica Chinensis)與黑麥草(Loliumperenne L.)的植物毒性隨堆肥的進(jìn)行顯著降低，表明施用腐熟的堆肥可降低土地利用的風(fēng)險(xiǎn)。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(jī)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(jī)質(zhì)( OM)以及溶解性有機(jī)碳(DO

4、C)等參數(shù)后，回歸相關(guān)系數(shù)R顯著提高，說(shuō)明將重金屬形態(tài)與堆肥過(guò)程中關(guān)鍵理化性質(zhì)結(jié)合來(lái)評(píng)估堆肥的植物毒性，能建立更有價(jià)值的評(píng)價(jià)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(dòng)變化，并通過(guò)傅立葉分析檢測(cè)出顯著的簡(jiǎn)諧振動(dòng)波。土壤中pH值、DOC含量、NH4+-N與NO3--N等化學(xué)性質(zhì)只在施用堆肥后一周內(nèi)有顯著的波動(dòng)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(jiǎn)諧振動(dòng)模型變化，且與Copiotrophic菌數(shù)量的變化有相同的簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率與周期。這些參數(shù)在傳統(tǒng)耕作土壤中的波動(dòng)幅度均大于常年有機(jī)化管理的土壤，說(shuō)明傳統(tǒng)耕作土壤生態(tài)系統(tǒng)對(duì)施用堆肥的響應(yīng)更強(qiáng)烈，有機(jī)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(guò)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(shí)間的增加而增加，說(shuō)明有機(jī)固廢堆肥中Cu、Zn的毒性隨土地利用時(shí)間而增強(qiáng)。同時(shí)，植物吸收重金屬的量還與FeMnOX與OMB的變化量顯著相關(guān)，說(shuō)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(zhǎng)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(yàn)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(jī)質(zhì)也有總體向下遷移的趨勢(shì)。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。混合施用堆肥的處理中，0～20cm層Cu、Zn、Pb的溶出量均在施用堆肥后第5天達(dá)到最高，在

8、30～50cm層土壤中，重金屬也在10天內(nèi)達(dá)到最大溶出量，將對(duì)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(duì)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(shuō)明在重金屬的溶出過(guò)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(fù)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(duì)污泥進(jìn)行生物瀝濾去除重金屬。Zn的去除率在第2天就達(dá)到95％，而Cu的瀝濾啟動(dòng)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(shí)就有很高的去除率，而Cu在pH<3.0時(shí)才能得到較好的去除。由于污泥長(zhǎng)時(shí)間處于酸性環(huán)境，氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有一定流失。在堆肥過(guò)程中添加粉煤灰( FA)、石灰(LM)及磷礦粉(PR)等鈍化劑，使Cu、Zn、