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生活污泥和矿化垃圾对植物生长效应及环境影响的研究

王秀珍  
【摘要】: 随着世界人口经济增长,自然资源消耗的加剧,环境污染问题日趋严重。各国污水处理厂的大量兴建,有效缓解了城市生活污水和工业污水对环境的污染;大量垃圾填埋场的建造,也处置了污泥,垃圾等废弃物,但随着城市的扩张,污泥和垃圾的增量与当前容量之间矛盾的日益激化,必然要求进行污泥和矿化垃圾消纳能力建设的研究,于是延长填埋场使用寿命的废弃物利用技术越来越被各国所重视。我国自然资源相对短缺,因此,废弃物的资源化利用研究也就显得尤为重要。 污泥和矿化垃圾中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素,其资源化利用已成为当今研究的热点,但污泥和矿化垃圾中的氮、磷及重金属是否会造成环境的二次污染是制约污泥和垃圾资源化利用的关键因素,国内外许多学者都针对这一问题进行过研究,但系统性、经济性和实用性还未达到相应的要求。因此本课题通过研究污泥堆肥和矿化垃圾在园林绿地上利用时土壤—植物系统中的氮、磷平衡和迁移转化,以及对环境影响效应的探讨,从正负效应平衡中找出污泥堆肥和矿化垃圾园林利用时的最佳适用量,从而为污泥堆肥和矿化垃圾大规模园林绿化利用提供理论支持。 本课题实验所用污泥为上海程桥污水处理厂的生活污泥,已经堆肥化处理。矿化垃圾为上海老港填埋厂已填埋10年的垃圾。通过W、L、WL系列不同处理,设计了盆栽和模拟土柱两套实验体系。盆栽实验相对简化,测试误差小,可以较精确地阐述土壤—植物系统的氮磷平衡和迁移问题。模拟土柱淋洗实验进一步探讨了污泥堆肥和矿化垃圾施加后对土壤和环境系统的影响。两套实验互为补充,阐述了氮、磷的迁移转化以及重金属对环境的影响。 盆栽实验表明:污泥堆肥和矿化垃圾施用量与植物生物量之间存在一定的剂量关系。污泥堆肥和矿化垃圾施用量与作物生物量呈明显正相关,污泥堆肥和矿化垃圾具有缓释肥料作用,保持了肥料的持续性。污泥堆肥和矿化垃圾处理可以提高土壤中有效氮、磷、钾含量,并且差异均达到显著水平。然而污泥堆肥和矿化垃圾中含有重金属和有机污染物等有害成分,所以在施用时应控制其用量;污泥堆肥在施用量超过20%后,植物生长初期受到一定的抑制作用,因此20%施加量以成为污泥堆肥施加的上限。矿化垃圾在施用量超过50%后,植物生长初期受到一定的抑制作用,因此50%施加量以成为矿化垃圾施加的上限。 模拟土柱淋洗实验表明:施用污泥和矿化垃圾后淋滤液中pH呈下降趋势,EC和总氮都有显著的增加,硝态氮增加特别明显易造成地下水污染,磷素变化不大,污染地下水的可能性较小。矿化垃圾对氮素的去除作用不明显,反而增加了淋滤液中的氮素含量,但对磷去除效果明显。因此,在利用矿化垃圾来取代土壤时,应注意矿化垃圾中氮,特别是硝态氮对地下水的污染。对于淋滤液中重金属,利用污染综合指数法分析,结果表明淋溶的不同阶段对地下水易造成污染的金属元素有所不同,需要分阶段进行监控。淋溶初期需监测[As],[Cr],[Co],[Cu]和[Mn];淋溶中期需监测[Ni]和[Pb];淋溶末期需对[Fe]进行监测。综合污染指数评价表明矿化垃圾以及矿化垃圾与污泥混合土壤的淋溶液对地下水造成潜在污染的最关键因子为[Mn],其次是[Fe]。 本课题通过盆栽、模拟土柱两套实验体系中氮、磷平衡分析,以及重金属对环境影响评价,从而确定污泥堆肥和矿化垃圾在上海城市绿地上的最佳施用量分别为5%~10%和50%。


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