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《中国农业大学》 2004年
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城市污水污泥重金属控制机理及堆肥利用的研究

黄雅曦  
【摘要】: 污泥土地利用是当今国际上非常重视的污泥处置方式,如何防止重金属的污染一直是污泥农用中最重要的问题。本研究根据固体废弃物的堆肥化原理及重金属的不同形态与生物有效性的关系,结合污泥中重金属活性的控制方法,研究了在污泥堆肥中添加粉煤灰、磷矿粉、草炭、沸石和石灰对重金属的形态及重金属的生物有效性的影响,并对不同钝化剂的不同配比进行了筛选和优化;在此研究基础上,探讨了污泥堆肥中钝化剂对重金属的吸附机理,运用透析及G-75凝胶色谱分离等方法研究了污泥堆肥中重金属有机形态的转变机理。对污泥堆肥和污泥肥料在农业生产上的应用提供了一定的理论依据。 研究结果表明: 在污泥堆肥中,添加粉煤灰(FA20)的处理对Cu元素的有效态钝化效果最好,显著好于对照;以添加粉煤灰和磷矿粉(FA20和PR10)两处理对Zn的钝化效果最好,显著好于对照;对Mn来讲,钝化效果最好的处理是磷矿粉和石灰(PR15和CL10),对于Pb钝化效果最好的处理是粉煤灰和磷矿粉(FA10和PR10);而对于Cd来说,以粉煤灰和草炭(FA20和PT10)处理的钝化效果最好。所以从对有效态重金属的钝化效果来说,粉煤灰、磷矿粉、草炭应该是3种有效的重金属钝化剂,其合适的添加比例分别为20%、15%和10%(FA20、PR15、PT10); 对于重金属钝化剂沸石和草炭,加入重金属溶液(Cu~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+))的浓度越大,钝化剂对重金属离子的吸附量越多;不同钝化剂对重金属离子的吸附能力略有不同,草炭>沸石;草炭对重金属的吸附亲和力顺序为:Zn~(2+)>Mn~(2+)>Cu~(2+)>Cd~(2+)>Pb~(2+);沸石对重金属的吸附亲和顺序为:Zn~(2+)>Cu~(2+)>Mn~(2+)>Cd~(2+)>Pb~(2+);两种钝化剂对重金属的吸附等温线与Freundlich和Temkin方程均有较好的拟合性,Langmuir方程不适宜描述两种钝化剂对重金属的等温吸附过程,其等温线符合Freundlich吸附等温模型; 对于腐殖质对重金属元素的络合,堆肥后大分子物质结合更多的Mn,但小分子物质更易与Zn结合;HA不仅结合了大量的Mn,而且HA与Mn的结合非常紧密;堆肥后FA虽然结合了更多的Zn,但FA与Zn接合不紧密; 随着污泥堆肥施用量的增加,虽然盆栽生菜的总干重产量也随之增加,但土壤和生菜地上部组织的重金属含量也显著增加,当施用量≥10%时,地上部组织的重金属含量超过国家食品卫生标准;施用污泥肥料虽然地上部组织的重金属含量没有超过国家标准,但不同采收期重金属含量不同,适时采收可以降低地上部组织中重金属的含量; 在田间施用消化污泥、污泥堆肥与污泥肥料1年,各处理小麦和玉米均比对照显著增产,并且使微生物总量和土壤酶的活性增加,对土壤和作物没有明显的重金属影响,说明消化污泥、污泥堆肥、及污泥肥料与化肥和其他有机肥一样,是一种常效肥。但对土壤和地下水的长期影响,应作进一步的研究。
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