城市污泥果肥利用研究

论文摘要

随着城市污水处理率的提高，城市污泥的产量也急剧增加。污泥的出路问题在各大城市日益暴露出来，如何安全地处置污水厂产生的大量污泥成为目前最紧迫的任务。土地利用越来越被认为是一种积极、有效、有前途的污泥处置方式。该方法是在避免污泥中有毒有害物质如重金属、有毒有机物等进入食物链危害人类健康的前提条件下，利用污泥中含有的大量营养元素和丰富的有机质改善土壤结构并供给植物养分。该方法既可有效地利用污泥中有用的资源，也可以解决污泥的出路问题。以厦门市为例，对城市污泥用作果树肥料进行研究。厦门市每天产生脱水污泥约260m3（含水率76％），污泥主要运至东孚垃圾场进行填埋。因脱水污泥达不到填埋要求，东孚垃圾场开始拒收脱水污泥，因此迫切需求新的污泥出路。本文对厦门市污水处理厂污泥的主要成分进行了检测和分析，并将厦门本岛石渭头污水处理厂污泥经过好氧堆肥后施用于柚子树，重点研究了重金属元素在土壤、树叶及果肉中的迁移特征，为厦门市污泥的土地利用提供理论和技术指导，保证污泥的安全利用。研究内容包括厦门城市污泥重金属含量分析、污泥养分分析及资源化利用评价、石渭头污水处理厂污泥果肥利用试验、污泥施用后土壤环境质量评价、重金属在土壤-作物系统中的迁移特征和迁移模型研究。研究结果表明：厦门本岛城市污泥果肥利用是可行的。厦门本岛城市污泥比岛外城市污泥成分简单，重金属含量较低，TN和TP养分含量高，且TN和TP含量呈上升趋势，有较大的资源化利用前景。石渭头污水处理厂污泥的营养元素含量均略高于农家肥，肥效较好；污泥作为果树肥料施用一年后，能增加柚子树表层土壤TP的肥效，可促进柚子树的生长，柚子果实增大，果期延长；重金属主要在表层土壤（0～15 cm）中迁移和累积，在柚子树叶和果实中也有迁移、累积，但影响不大。柚子树叶对重金属的富集能力强于果肉，树叶中重金属的含量远高于果肉中的含量，其Cr、Cd、Pb、Cu和Ni的含量超出国家食品卫生标准。果肉中重金属的浓度相当低，只有Ni的含量超过食品卫生标准。污泥肥料不可用于根茎、叶类食用植物的施用；污泥使用前需要降低Ni的含量，补充适量的TK营养素。对重金属在土壤-作物系统中的含量及迁移累积特征研究表明，Cd在土壤中的富集能力强，土壤原已受到Cd的污染较重；在土壤中向下迁移能力为：Pb＞Zn＞Hg＞Cr＞As～Cd＞Ni＞Cu，Pb、Zn向下迁移的能力强，而Ni的迁移能力弱，Cu有很强的表聚性，主要停留在O～15cm土层中。重金属从土壤向树叶迁移累积能力比向果肉的大得多，其向树叶的迁移累积能力为：Cr＞Cu＞Ni＞Pb＞Zn＞Cd＞As，Cr向树叶迁移累积能力最强；从土壤向果肉的迁移累积能力为：Ni＞Cu＞Zn＞Cr＞Pb＞As，Ni向果肉迁移累积能力最强。Cd在果肉中未检出，说明Cd基本不向柚子果肉中迁移，土壤中Cd的重度污染对柚子果肉不会造成危害。污泥的果肥利用表明，污泥中含量较高的五种元素中，Zn和Cu是植物生长需要的营养元素，短期内不会造成危害，但长期施用时必须进行监控；泥肥的施用加重了土壤中Cd的污染、提高了Cr向树叶、Ni向果肉的迁移能力，因此污泥土地利用时这三种元素均存在较大的潜在危害，需进行长期跟踪检测。污泥肥料施用后短时间内，重金属主要在表层土壤（0～15 cm）中迁移和累积，除深层土壤（1 5～30 cm）中Cd的含量显著增加，污染加重外，其他重金属含量变化不显著，未对土壤造成污染。本文采用集对分析模型对污泥施用后的土壤进行环境质量评价，结果表明，污泥施用一年后，0-15cm土壤层和15-30cm土壤层均处于尚清洁状态，验证了污泥施用的安全性。以Cd在土壤中的浓度为最大限制因子确定城市污泥土地施用年限，若以最大连续施用量30 t／（hm2．a）进行施用，最大施用年限为20年。经过对试验数据进行回归统计分析，采用Eviews软件进行模型拟合，建立了柚子树对照样与试验样土壤之间各重金属如As、Hg、Cu、Pb、Cr和Ni等的关系模型、重金属从土壤向树叶和果肉的迁移模型，可以对污泥果肥利用后重金属在土壤-植物中的浓度进行预测。将转移机理与统计学分析相结合，为污泥土地利用提供了一种研究方法，具有实用意义。最后，结合课题研究中的不足及课题的拓展提出了后续研究的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状与进展
• 1.3 研究内容和特色
• 1.4 研究技术线路
• 2 厦门市污水处理和污泥处理处置现状
• 2.1 厦门市污水处理概况
• 2.2 厦门市城市污泥处理现状
• 2.3 本章小结
• 3 厦门城市污泥重金属含量及养分分析与资源化评价
• 3.1 实验材料与方法
• 3.2 实验结果与分析
• 3.3 厦门城市污泥资源化利用评价
• 3.4 本章小结
• 4 厦门石渭头污水处理厂污泥果肥利用试验研究
• 4.1 实验材料与方法
• 4.2 试验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 5 污泥果肥利用中重金属迁移特征研究
• 5.1 污泥果肥利用土壤中重金属迁移特征
• 5.2 土壤—柚子树系统中重金属迁移与积累
• 5.3 本章小结
• 6 污泥果肥利用土壤环境质量评价
• 6.1 评价模型确定
• 6.2 集对分析模型建立
• 6.3 评价结果及分析
• 6.4 污泥施用年限的确定
• 6.5 本章小结
• 7 污泥果肥利用重金属迁移模型研究
• 7.1 土壤和植物中重金属吸附与迁移模型
• 7.2 污泥果肥利用重金属迁移模型
• 7.4 本章小结
• 8 结论、主要创新点与建议
• 8.1 结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读博士学位期间发表论文目录