陳建軍，陳海燕，湛方棟，秦 麗

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650201）

污泥是城市污水處理廠對(duì)污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的沉積物，一方面含有豐富的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)，是可利用的良好有機(jī)肥源，污泥農(nóng)用后可提高作物產(chǎn)量、培肥土壤及改善土壤理化性質(zhì)［1］；另一方面因其含水率高、易腐爛、有惡臭、重金屬含量高、含有大量寄生蟲卵與病原微生物，處理不當(dāng)容易對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染。若直接施入農(nóng)田，可能使重金屬污染土壤，并通過(guò)農(nóng)作物進(jìn)入食物鏈，并且由于污泥未經(jīng)穩(wěn)定后農(nóng)用，其中有機(jī)質(zhì)的分解將消耗氧，造成土壤中氧含量不足，危害作物［2］。因此在污泥農(nóng)用時(shí)通常應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，污泥穩(wěn)定化的方式主要有消化、堆肥等。常規(guī)的堆肥處理對(duì)重金屬的控制作用有限，如果摻入一定比例的堿性物質(zhì)作為調(diào)理劑，提高堆肥物料pH值，可降低重金屬溶解性，達(dá)到鈍化重金屬的目的。同時(shí)，粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤后產(chǎn)生的廢棄物，pH值高，富含有機(jī)質(zhì)和酸性土壤缺乏的Si、Ca、S、Mo等元素［3］。利用污泥和粉煤灰，并及加入適量的木屑、稻草、樹葉、垃圾等調(diào)理劑調(diào)節(jié)C／N比和水分含量，進(jìn)行混合堆肥，是對(duì)污泥和粉煤灰等廢棄物的有效利用方式之一。

本試驗(yàn)以稻草作為調(diào)理劑，粉煤灰為重金屬鈍化劑，對(duì)城市污泥進(jìn)行堆肥處理，研究堆肥過(guò)程中氮、磷、鉀等養(yǎng)分的變化情況，以及重金屬總量和有效態(tài)含量的變化，為污泥資源化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

污泥直接取自昆明市第三污水處理廠污泥脫水車間，含水率為81.5%；干稻草取自昆明市龍頭街鎮(zhèn)附近農(nóng)田，取回后自然晾干鍘成長(zhǎng)約3 cm的段備用；粉煤灰取自昆明市西山火力發(fā)電廠，取回后過(guò)2 mm篩備用。污泥、干稻草、粉煤灰的養(yǎng)分含量和重金屬含量見表1和表2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

堆肥試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理。 A處理：污泥：稻草=4∶1； B 處理： 污泥∶稻草∶粉煤灰=4∶1∶0.5； C 處理： 污泥∶稻草∶粉煤灰=4∶1∶1； D 處理：污泥∶稻草∶粉煤灰=4∶1∶1.5。

1.3 堆肥的堆制方法

堆肥試驗(yàn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，按濕質(zhì)量比混合均勻后上堆，堆底墊一層厚約15 cm的鍘碎稻草作為垛底，將各種物料按比例混合均勻堆成寬約0.5 m，高約0.5 m，長(zhǎng)度1.0 m的垛堆，用塑料布覆蓋保溫保濕，堆肥時(shí)間為60 d。堆肥開始后的30 d內(nèi)每5 d翻堆1次，堆肥30 d后停止翻堆。堆肥開始時(shí)，調(diào)節(jié)含水率為65%。

1.4 堆肥樣品的采集處理與測(cè)定

分別在堆肥開始 0 d、30 d、60 d多點(diǎn)隨機(jī)采樣，所采樣品自然晾干后在60℃條件下烘干粉碎備用。測(cè)定方法：有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化－容量法；全氮采用開氏法；全磷、全鉀分別采用氫氧化鈉熔融－鉬銻抗比色法和火焰光度法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；有效磷用碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法；pH值用電位法；總砷用硫酸－硝酸－高氯酸消解，氫化物發(fā)生－火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；總汞用硫酸－硝酸－高錳酸鉀消解，冷原子吸收分光光度法測(cè)定；總鉻、銅、鋅、鉛、鎘用硝酸－高氯酸消解，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；有效銅、鋅、鎘、汞用0.1 mol/L乙酸溶液浸提后火焰原子吸收分光光度法測(cè)定［4］。

表1 供試堆肥原料的主要養(yǎng)分含量

表2 供試堆肥原料中主要重金屬含量

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過(guò)程中全N、全P、全K含量的變化

由表3可以看出，全氮含量在堆肥過(guò)程中呈降低的趨勢(shì)。A處理下降不明顯，C、D處理的全氮含量在堆肥0～30 d內(nèi)下降明顯，這可能是由于堆肥過(guò)程中氮以氣態(tài)NH3的形式揮發(fā)損失引起的，A處理雖然也有NH3揮發(fā)引起的氮損失，但由于堆肥過(guò)程中物料發(fā)生分解后總量有所減少，對(duì)全氮量具有濃縮效應(yīng)。C、D處理全氮含量下降明顯可能與堆肥中加入的粉煤灰比例較高，pH值呈弱堿性，更加有利于NH3揮發(fā)，從而導(dǎo)致?lián)]發(fā)量大于濃縮。對(duì)于全磷和全鉀含量的變化，濃縮效應(yīng)就顯得尤為明顯，堆肥過(guò)程中堆體體積和堆料重量不斷減少，養(yǎng)分不損失而被濃縮，其含量不斷上升，且0～30 d內(nèi)有機(jī)質(zhì)分解快，則養(yǎng)分含量上升越快，本試驗(yàn)由于磷和鉀在堆肥過(guò)程中未損失而被濃縮，全磷和全鉀的含量呈線性上升，這與前人的結(jié)果相一致［5］，30～60 d有機(jī)質(zhì)分解變慢， 全磷和全鉀的含量變化不太明顯。

表3 堆肥過(guò)程中全N、全P、全K含量的變化

2.2 堆肥過(guò)程中堿解N、有效P、速效K含量的變化

從表4可知， 各處理堿解N、有效P、速效K含量堆肥后較堆肥前均有不同程度的提高，表明污泥經(jīng)堆肥化處理后，養(yǎng)分有被活化的效果。但是各有效養(yǎng)分在堆肥過(guò)程的變化趨勢(shì)存在差異。其中堿解N、有效P含量在堆肥過(guò)程中都是先升高，到第30 d達(dá)到最大，然后又下降。堿解N含量在堆肥前期上升，可能是由于物料中有機(jī)氮化合物分解產(chǎn)生的，后期堿解N含量下降，其中NH3－N是以NH3形式揮發(fā)損失［6］；有效P含量先升高可能是由于物料礦化分解產(chǎn)生的，而堆肥腐熟后期一部分速效P又轉(zhuǎn)化為緩效P［1］。速效K含量則在堆肥過(guò)程中一直呈上升趨勢(shì)，因鉀的水溶性很強(qiáng)，礦化分解后不容易被固定，因此上升趨勢(shì)明顯。

2.3 堆肥過(guò)程中重金屬總量變化

從表5可以看出，重金屬總量在堆肥處理前后均比原污泥明顯下降，且下降幅度呈現(xiàn)出D＞C＞B＞A的趨勢(shì)，是因?yàn)槎逊侍幚硖砑诱{(diào)理劑后具有稀釋作用，加入調(diào)理劑的量逐漸加大引起的。而堆肥后比堆肥前重金屬總量除A處理的Hg元素外，均有不同程度的增加，這是由于堆肥過(guò)程中物料分解損失，堆體體積和重量變小等而引起重金屬總量在堆料中濃縮所致。但由于加入粉煤灰堆肥處理后物料的pH升高，由偏酸性轉(zhuǎn)為中性，除Cd因原污泥嚴(yán)重超標(biāo)導(dǎo)致堆肥仍然超標(biāo)以外，以中國(guó)農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB4284－84)來(lái)衡量，對(duì)pH＞6.5的土壤，原來(lái)超標(biāo)的Cr、Hg、Cu、Zn均控制在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。因此由于污泥中Cd嚴(yán)重超標(biāo)，堆肥處理后欲作為農(nóng)用仍存在問(wèn)題，需進(jìn)一步處理。

表4 堆肥過(guò)程中堿解N、有效P和速效K含量的變化

2.4 堆肥過(guò)程中重金屬有效態(tài)含量變化

堆肥前后重金屬有效態(tài)含量變化見表6。主要分析了污泥中超標(biāo)嚴(yán)重的Cd、Cu、Zn、Hg。

從表6可以看出，污泥經(jīng)過(guò)堆肥處理后，其重金屬有效態(tài)含量均有不同程度的下降，其中A處理的Cd、Cu效果不明顯，其他處理均隨粉煤灰加入比例的加大，重金屬有效態(tài)含量降低越明顯，以C處理效果最好，說(shuō)明添加粉煤灰對(duì)重金屬有效態(tài)有較好的鈍化作用。但并不是粉煤灰的比例越大效果越好，D處理的鈍化效果反而不如C處理，可能與粉煤灰的比例太高，影響了堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的作用有關(guān)。

表5 堆肥過(guò)程中重金屬總量變化

表6 堆肥過(guò)程中重金屬有效態(tài)含量的變化

3 結(jié)論

（1）在堆肥過(guò)程中全氮含量呈降低趨勢(shì)。主要是由于堆肥過(guò)程中氮以氣態(tài)NH3的形式揮發(fā)損失引起的，雖然堆肥過(guò)程中物料發(fā)生分解后總量有所減少，對(duì)全氮量具有濃縮效應(yīng)，但C、D處理堆肥中加入的粉煤灰比例較高，pH值呈弱堿性，更加有利于NH3揮發(fā)，從而導(dǎo)致?lián)]發(fā)量大于濃縮量，全氮含量下降明顯；而全磷和全鉀含量呈線性上升。

（2）各處理堿解N、有效P、速效K含量堆肥后較堆肥前均有不同程度的提高，表明污泥經(jīng)堆肥化處理后，養(yǎng)分有被活化的效果。

（3）添加粉煤灰進(jìn)行堆肥處理，可以在一定程度上提高污泥的穩(wěn)定性，即可農(nóng)用性，主要是提高了堆肥的pH，但重金屬總量沒(méi)有明顯降低。對(duì)于昆明第三污水處理廠污泥，由于Cd、Cu嚴(yán)重超標(biāo)，堆肥處理后仍達(dá)不到農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。

（4）粉煤灰對(duì)污泥中重金屬 Cu、Zn、Cd、Hg有效態(tài)有明顯的鈍化作用， 以污泥∶稻草∶粉煤灰=4∶1∶1的比例鈍化效果最好。

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