劉桓嘉　劉永麗　張宏忠　魏明寶

摘要：污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，污泥堆肥土地利用是國(guó)內(nèi)外城市污泥最重要的處置方式。介紹了污泥堆肥土地利用的歷史及現(xiàn)狀，分析總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于污泥堆肥環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究成果。

關(guān)鍵詞：污泥堆肥；土地利用；重金屬；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)： X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）02-0324-03

收稿日期：2013-06-02

基金項(xiàng)目：國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（編號(hào)：2012ZX07204-001）；河南省重大公益性科研招標(biāo)項(xiàng)目（編號(hào)：101100910300）。

作者簡(jiǎn)介：劉桓嘉（1987—），男，河南扶溝人，碩士研究生，主要從事污泥無害化與資源化利用研究。E-mail：catkinsimple@163.com。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快以及污水深度處理效率的提高，城市污水處理的副產(chǎn)物——污泥產(chǎn)量急劇增加。將城市生活污泥堆肥后加以利用是符合我國(guó)國(guó)情的一種污泥處理方式，這種處理方式在美國(guó)、歐盟等國(guó)家也十分流行[1]。城市污泥土地利用能夠改善土壤理化性質(zhì)、減小土壤密度、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高土壤保水能力，同時(shí)能緩和因大量施用化肥造成的土壤板結(jié)、肥效下降等問題，但土壤中的鹽分、持久性有機(jī)污染物、重金屬等有害成分增加了土地利用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[2-6]。目前，污水污泥處置方式主要包括焚燒、填埋、制作建筑材料、土地利用等。衛(wèi)生填埋在有條件的地方可以作為一種處置方式，但需要在底部鋪設(shè)防水層以防地下水污染，而且應(yīng)經(jīng)過穩(wěn)定化處理，這種處置方式成本相對(duì)較低，但需要特殊的位置條件；焚燒法處理污泥最徹底，減量化程度最大，但成本較高，焚燒過程中由于污泥鹽分含量高，對(duì)設(shè)備的腐蝕性較強(qiáng)；利用污泥制作陶粒、磚等建筑材料，重金屬濾出量極少，對(duì)于重金屬污染較嚴(yán)重的工業(yè)污水污泥來說是一條合適的利用途徑，但對(duì)于城市生活污泥而言，這種處置方式浪費(fèi)了大量的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)處理量少，不能處理大量污泥。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，濫用化肥現(xiàn)象嚴(yán)重，污泥經(jīng)堆肥后幾乎可以殺死全部的病原菌、寄生蟲、雜草種子[7]。本研究對(duì)城市污泥堆肥土地利用及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)作了介紹，并指出今后城市污泥堆肥土地利用的發(fā)展方向。

1城市污泥堆肥土地利用

1.1城市污泥堆肥在林業(yè)上的應(yīng)用

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷加快，城市污泥堆肥在林地、園林綠化等方面的應(yīng)用越來越多。污泥經(jīng)堆肥后用于林業(yè)是一種安全、有效、可行的利用途徑，可以改善林地土壤肥力，為林地植物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)[8]。研究表明，污泥堆肥后土壤有機(jī)質(zhì)含量、總氮、總磷含量均有不同程度的增加，與對(duì)照相比，榆樹樹高增加了11%～25%，徑粗增加了19%～50%，增加了木材產(chǎn)量[9]。污泥堆肥不僅能促進(jìn)喬木生長(zhǎng)，同時(shí)還能促進(jìn)灌木生長(zhǎng)，土壤理化性質(zhì)得到明顯改善[10]。陳彩云等研究發(fā)現(xiàn)，施用污泥后，楊樹幼苗葉片POD活性與SOD活性降低[11]。由于污泥中含有大量的微生物種群，污泥堆肥施用于土壤后會(huì)顯著增加土壤中微生物種類及數(shù)量，促進(jìn)了土壤物質(zhì)循環(huán)，提高了土壤肥力。污泥堆肥在林業(yè)中的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是人工速生林，我國(guó)每年速生林對(duì)有機(jī)肥的需求量高達(dá)1.2×107 t，因此污泥堆肥及其商品化復(fù)混肥的應(yīng)用前景十分廣闊。

1.2城市污泥堆肥在草業(yè)上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的草坪生產(chǎn)方式需要消耗大量耕地，生產(chǎn)適合草坪生產(chǎn)的基質(zhì)替代物是目前草業(yè)發(fā)展的重要方向。污泥堆肥能顯著提高高羊茅、黑麥草的生物量及葉綠素含量，延長(zhǎng)草坪綠期[12]。城市生活污泥可以增加草坪氮、磷、有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)植物對(duì)氮的吸收，提高草坪綜合品質(zhì)，草坪保水保肥能力得到明顯提高[13-14]。

1.3城市污泥堆肥在花卉蔬菜上的應(yīng)用

城市污泥堆肥可以作為花卉蔬菜的育苗栽培基質(zhì)。近年來我國(guó)花卉市場(chǎng)交易異?；鸨惩恋葼I(yíng)養(yǎng)土運(yùn)輸成本較高，施用量較少，城市污泥堆肥可以完全替代腐殖土。馬 達(dá)等研究發(fā)現(xiàn)，加入25%～50%的污泥堆肥可以顯著改善袖珍椰子、富貴竹、撇金竹生長(zhǎng)狀況，改善觀賞品質(zhì)[15]。肖祖飛等將污泥堆肥、珍珠巖按3 ∶1比例用作矮牽牛的無土栽培基質(zhì)，能夠增加矮牽牛的葉片數(shù)、冠幅[16]。康少杰等將污泥堆肥用于油菜種植，發(fā)現(xiàn)在適宜的施用量范圍內(nèi)，可以明顯提高油菜的產(chǎn)量及品質(zhì)，增加油菜可溶性糖、還原性維生素C含量，但當(dāng)污泥堆肥施用量過高時(shí)會(huì)抑制油菜的生長(zhǎng)[17]。

1.4城市污泥堆肥在糧食作物上的應(yīng)用

污泥經(jīng)堆肥處理后含有大量有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙率，起到保水保肥的效果。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)污泥堆肥在糧食作物上的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究[18-19]。Xie 等[20]、陳同斌等[21]、Parkpian 等[22]、Garrido 等[23]、王連敏等[24]、林代炎等[25]分別對(duì)污泥堆肥在水稻、小麥、大豆上的應(yīng)用做了研究，發(fā)現(xiàn)施用適量污泥后水稻、小麥返青加快、分蘗增多，葉片葉綠素含量增加，產(chǎn)量及品質(zhì)顯著提高。污泥堆肥與化肥混配可以顯著提高土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，促進(jìn)土壤中鉀元素礦化，顯著提高土壤中速效磷、速效鉀、堿解氮含量[26]。施用污泥堆肥可以提高玉米秸稈、籽粒中氮含量，增加穗粒數(shù)、百粒重，提高玉米的品質(zhì)[27]。施用污泥堆肥可以替代50%的化學(xué)氮肥，但施用量過高會(huì)減少小麥產(chǎn)量，增加秸稈、籽粒重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)[28]。城市污泥堆肥具有緩釋、長(zhǎng)效特點(diǎn)，適當(dāng)適量施用污泥堆肥可以起到修復(fù)、改良土壤的作用[29]。

2城市污泥堆肥土地利用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

2.1重金屬風(fēng)險(xiǎn)

2.1.1重金屬對(duì)土壤、地下水的風(fēng)險(xiǎn)與水污染、大氣污染相比，土壤污染具有隱蔽性、滯后性、積累性的特點(diǎn)，從污染到發(fā)現(xiàn)問題需要較長(zhǎng)的時(shí)間。Gavalda 等[30]、Antolín 等[31]、Garrido 等[23]分別在法國(guó)、西班牙、墨西哥研究了短期常量施用污泥堆肥對(duì)土壤重金屬的影響，與對(duì)照相比，施用污泥堆肥的土壤重金屬含量有少量增加，但都在標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)。研究表明，長(zhǎng)期施用重金屬含量較低的污泥堆肥不會(huì)造成重金屬污染[32-34]，但長(zhǎng)期施用重金屬含量高的污泥堆肥會(huì)造成土壤表層重金屬含量超標(biāo)[35-36]。

2.1.2對(duì)作物的風(fēng)險(xiǎn)城市污泥堆肥施用于土壤后，污泥中的有機(jī)質(zhì)會(huì)在各種微生物及酶的作用下分解，與有機(jī)質(zhì)相結(jié)合的部分重金屬會(huì)被釋放出來，增加了重金屬生物富集的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[37]。重金屬在作物上的富集情況還與重金屬的形態(tài)有密切的關(guān)系，水溶態(tài)的重金屬可以被作物直接吸收，較容易在作物上富集[38]。Xie 等[20]、陳同斌等[21]、郭郿蘭等[39]分別將堆肥污泥應(yīng)用到小麥、水稻、番茄等作物上，作物中重金屬含量與對(duì)照相比有所增加，但都在我國(guó)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。此外，不同作物的不同部位對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)移系數(shù)也不相同。

2.2鹽分的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

污泥中鹽類種類較多。生活污水中氯化鈉濃度較高，污水處理使用的無機(jī)絮凝劑主要是鋁鹽，導(dǎo)致污泥中氯化鈉及鋁鹽含量比其他鹽分高很多，過高的鹽分含量導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率明顯提高，同時(shí)抑制了作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，鹽類離子之間的抗拮作用導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)元素淋失加劇。如不對(duì)污泥加以處理便直接施用于作物可能會(huì)造成作物少苗等問題。

2.3持久性有機(jī)物風(fēng)險(xiǎn)

目前關(guān)于污泥堆肥土地利用的重金屬研究較多，對(duì)于污泥中有機(jī)物研究較少。污泥堆肥農(nóng)用后有機(jī)污染物的環(huán)境行為主要包括揮發(fā)、吸附、淋濾、動(dòng)植物吸收、生物或非生物降解等幾種。污泥堆肥土地利用后，一些揮發(fā)性的有機(jī)污染物會(huì)向土壤表面遷移。部分水溶性有機(jī)污染物會(huì)沿著土壤空隙向下遷移，有可能對(duì)地下水造成污染，難降解的有機(jī)污染物如PAHs、PCDD/Fs、PCBs等容易被土壤吸附，不易遷移到地下水層[40]。施用污泥堆肥后，部分有機(jī)污染物會(huì)在土壤中積累。Goodin發(fā)現(xiàn)，污泥改良土的PAHs濃度比對(duì)照高5倍以上，苯并芘濃度高達(dá)200 μg/kg。目前我國(guó)僅對(duì)苯并芘的含量制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，其安全使用標(biāo)準(zhǔn)為3 mg/kg，歐盟也規(guī)定了9種PAHs的含量限制。

3結(jié)論

城市污泥經(jīng)堆肥后可以殺死絕大部分的病原菌，有機(jī)質(zhì)逐漸向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化，同時(shí)改變重金屬形態(tài)，脫水污泥中的重金屬有效性低于原污泥，污泥經(jīng)堆肥后重金屬有效性低于脫水污泥。由于我國(guó)城市污泥重金屬含量普遍低于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，并且重金屬含量呈逐年遞減趨勢(shì)，因此城市污泥經(jīng)堆肥后完全可以施用于土壤，不必?fù)?dān)心重金屬污染問題，但要禁止長(zhǎng)期大量施用，同時(shí)未經(jīng)堆肥腐熟的生物泥也禁止施用于土壤。短期適量施用污泥堆肥不會(huì)對(duì)作物、土壤、地下水造成危害。污泥堆肥短期利用未見明顯的鹽分、有機(jī)污染物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。污泥堆肥廠的上游城市污水處理廠要嚴(yán)格限制環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高的工業(yè)廢水排入，充分利用土壤容量消納大量城市污泥堆肥。

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