CN101322973A - 一种能降低蔬菜铜吸收的污泥堆肥改良土壤及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种降低小白菜对污泥堆肥改良土壤中铜吸收的方法。按以下进行：1)堆肥污泥：将脱水污泥装入动态好氧发酵反应器，添加含水率小于15％的、占污泥量的质量百分比30～40％的木屑，少量通风架构材料；添加占污泥量的质量百分比0.1～0.2‰的VT菌，兑水稀释后喷洒混合到反应体系，调节物料初始含水率至60％，通风，搅拌；反应15天，得到堆肥污泥后自然晾干，磨碎过3mm筛；2)将污泥堆肥按红色土壤的质量百分比5％～20％与红色土壤混合均匀；3)在上述混合土壤中加入每公斤混合土壤10g～20g粉煤灰得到污泥堆肥改良土壤。本发明能降低农作物在生长时对铜的吸收量，为污泥再用提供了途径，也改善土地贫瘠的状况。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染控制技术领域，具体地说是降低小白菜生长时对铜吸收的污泥堆肥改良土壤及方法。
背景技术
红色土壤发育于多种母岩母质，受亚热带气候的影响形成。分布范围主要在低山丘陵地区。典型的红壤剖面中有明显的红色心土层和淋溶淀积层，脱硅富铝化明显，土壤孔隙度小，PH值低，呈酸性反映。土体呈黄色或红黄色，有机质含量低，养分较缺乏，经过发行可成为高土壤。红色土壤有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮、速效磷、速效钾含量处于偏低水平，因此相对比较贫瘠。
城市污水厂的脱水污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物，含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，如果不加处理的任意排放和投弃会对环境造成严重的污染。随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污泥的产生量必将有较大的增长。如何妥善地处置污水厂污泥，并将其作为一种新的资源加以有效利用，变废为宝，已成为城市污水厂和相关部门提高技术水平和管理水平的重要因素，也是全球共同关注的课题。目前，国内外污泥最终处置方式主要有：综合利用、填埋、投海。
污泥脱水后堆肥农用是目前国内一些污水处理厂正在进行研究和开发的课题，也是污泥再用的一大重要途径。污泥中含有大量植物生长所必需的肥分(N、P、K)、微量元素及土壤改良剂(有机腐殖质)。故污泥农田林地利用是最佳的最终处置方法，但污泥中也含有对植物及土壤有危害作用的病菌、寄生虫卵、难降解有机物、重金属离子以及N、P的流失对地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物质，因重金属对种植物的影响最为严重，所以目前对重金属污染研究较多。目前普遍的问题是检测手段跟不上要求，处理成本无法和经济效益相平衡，化肥的普遍应用造成销售市场难以开发等，这些使得此种处置方式尚未得到普遍的推广。我国有大量工业废水进入污水处理厂，污水中重金属离子约有50％以上转移到污泥中，污泥中的重金属离子含量一般都较高，为提高污泥的农用量可以采取一些措施：一是把污泥制成有机-无机复合肥料，适当添加钾肥以补充污泥肥料中钾的不足，这样可以提高肥效降低有害物的含量；二是在经济政策上优惠使用污泥复合肥料的单位或个人，如免费提供试用肥料样品，免费为施用污泥复合肥料的区域或地块作土壤营养状况分析等。由此可见如何降低污泥的重金属含量及如何降低污泥中的重金属在作物中的累积成了急需要解决的问题。
在公开号CN101045599中公开了一种处理污泥中重金属的方法，该方法利用石灰改性的粉煤灰吸附剂，钝化处理脱水城市污泥中含量高的锌和铜。由于本发明具有操作简单、充分利用粉煤灰废物资源、钝化污泥重金属效果好，特别对污泥中重金属铜的钝化率高达85％以上、锌的钝化率高达70％以上，处理后污泥中Zn、铜、Mn的交换态、有机结合态的含量有明显下降趋势等特点。故本发明可广泛应用于处理污泥中的重金属，特别适用于处理城市污泥中的高含量的锌和铜重金属。采用本发明处理的污泥可广泛应用于农业、园林绿地及屋顶绿化，有利于充分利用污泥资源，有利于环保。此方法主要是降低污泥中重金属的活性使其钝化，从而降低对环境的污泥，存在的不足是不知道对植物重金属的直接效果。
在公开号CN101116865中公布了另一种降低作物对重金属累积的方法，该方法涉及重金属中轻度污染菜地土壤的边生产边修复技术。步骤如下：1)春季在被镉、铜、锌重金属污染的菜地土壤以间作方式种植东南景天和海洲香薷，种植密度株距10-15cm，行距30cm；2)定期收割东南景天，首次收割东南景天为生长3-4个月，以后每生长3个月或生长到30-40cm高度收割一次，收割时地上部留茎2-3cm高；10月份收获海州香薷；3)海州香薷收获后载种镉富集油菜，株距为15-20cm，次年4月份收获；4)油菜收获后栽种黄瓜，株距为20-25cm，9月份黄瓜收获后种植白菜，白菜收获后种植海洲香薷，完成一个修复周期。本发明利用超积累植物从土壤中带走大量重金属，达到降低蔬菜中重金属的含量，保障农产品安全。它主要是利用植物来修复重金属污泥的土壤，使其较低重金属的含量，但此方法要取得一定效果需很长的时间。
综上所述，可知由于污泥产量日益增多，我国又有很多地方的土地贫瘠，因此污泥农用不失为一种好的途径，污泥中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，这就为农田利用提供了有利条件，同时由于重金属也给农田利用带来挑战。国内外研究已普遍认为，污泥可作为土壤改良剂和中等级的化肥再利用于农业，但是污泥的土地利用需要具备的一个重要的条件是：其所含的有害成分不超过环境所能承受的容量范围。污泥由于来源于各种不同成分和性质的污水，一般不可避免地含有一些有害成分。如大量病原菌、寄生虫(卵)，以及铜、砷、铝、锌、铅、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有机化合物这都在一定程度上限制了污泥在土地利用方面的发展。因此污泥用于农业需解决三个主要问题：(1)污泥中重金属能否造成土壤及作物的二次污染；(2)污泥中的病毒病原体能否对环境造成影响；(3)氮磷等物质浓度过高是否会造成对地下水污染。因此，污泥利用前一般需要经过一定的无害化处理，来降低污泥中易腐化发臭的有机物，减少污泥的体积和数量，杀死病原物，降低有害成分的危险性。目前，较为先进的技术为堆肥化和用碱稳定，经处理后的污泥不但可增加其效应，而且可减少有害物质。我国大陆地区多用堆肥化技术，香港多用碱稳定处理技术。为了减轻以至避免因施用污泥而导致重金属对农作物的污染，我国在2002年颁布了最新的农用污泥中污染物控制标准(GB18918-2002)，欧洲一些国家也制订了农用污泥标准。许多国家先后制定了污泥中重金属最高含量的控制标准，超标污泥不许用于农业。由此可见如何控制污泥农用时的重金属是污泥农用的重中之重。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用粉煤灰来降低污泥改良土壤中铜的活性，使其钝化，从而降低小白菜在其改良土壤上生长时对铜的吸收，减少小白菜中铜的含量，提高了污泥改良土壤上生长出来的小白菜的安全性。
本发明的机理：粉煤灰是我国排量最大的燃料废物，但粉煤灰是具有一定活性的多孔球状细小颗粒，有较强的吸附能力。另外粉煤灰中一定量的铝硅酸盐和硅酸盐类具有较强的离子交换性能，可以与污泥改良土壤中Cu离子发生离子交换吸附，使活性铜离子钝化。
实现本发明目的的技术方案是：利用粉煤灰具有很大的比表面积和较强的物理吸附能以及很强的阳离子交换性能，使污泥改良土壤中的活性铜离子钝化，降低起活性，从而降低蔬菜对铜的吸收。
本发明按以下步骤完成：
1)堆肥污泥：将脱水污泥装入动态好氧发酵反应器，添加含水率小于15％的木屑30～40％(占污泥量的质量百分比)作为调理剂，少量大块的木条作为通风架构材料；添加0.1‰(占污泥量的质量百分比)的VT菌(经查实：VT菌由一些能大量产生各种加水分解酶的特异性有益微生物组成，主要有光合细菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌等近10个菌株构成的复合菌剂，该菌剂在理化生物性状和功能作用方面达到了目前国际先进的微生态制剂水平，简称VT菌，从北京沃土天地生物科技有限公司购买得到)，兑水稀释10倍后均匀喷洒混合到反应体系，考虑到动态好氧发酵工艺的菌种循环，需辅以一定量的回流物料(物料即为反应期内污泥、木屑、VT菌的混合物)，回流物料占总物料的10％左右(质量百分比)。调节物料初始含水率至60％左右；模拟自然通风，以300L/min的通风量强制反应器内物料上部空间空气流通，每隔7.5小时搅拌5分钟；反应周期控制在15天左右，得到堆肥污泥后自然晾干，用磨碎机磨碎后过3mm筛。
2)将污泥堆肥按5％～20％(占红色土壤的质量百分比)的比例与红色土壤(自然晾干后过3mm筛)混合均匀；
3)向上述混合土壤中添加粉煤灰，添加量为10g/kg～20g/kg(每千克所得混合土壤的质量)，得到污泥堆肥改良土壤。
用上述污泥堆肥改良土壤进行盆栽实验，种植植物为小白菜，并作空白对照，盆栽时间为一个半月左右，每天浇水一次。植物成熟后对其进行测定。
经测定，小白菜的铜含量在FAO/WHO联合制定的食品卫生标准，蔬菜中铜含量应≤5mg/kg的安全范围内。利用以上方法可使小白菜中的铜的含量降低17.3％～30.1％，而其生物量增加17.3％～30.1％，为污泥的大面积农用，各种农作物在其上生长时提供更宽松的条件，使其重金属对农作物的影响降低。
本发明的主要优点有：
(1)方法简单，改良剂粉煤灰的成本低、来源广。
(2)用粉煤灰做改良剂，能降低农作物在堆肥污泥改良的昆明红色土壤上生长时对铜的吸收，降低率能达到15.7％～30.1％。
(3)增加了作物的产量，大面积应用后可收到明显的效益，增加了15.7％～30.1％。
(4)我国污泥产量日益增多，土地贫瘠的地区也很多，用粉煤灰做改良剂时能提高堆肥污泥改良土壤时的利用率，提高土低的生产率。
(5)为堆肥污泥改良土壤中生长农作物生长的安全性提供了一定的保障。
(6)为污泥的再用提供了重要途径，可一定程度上改善污泥的处理途径和土地贫瘠的状况。
附图说明
图1为本发明的动态好氧发酵工艺流程图。
图2为本发明的具体实施的技术路线图。
具体实施方式
实施例1：
1)堆肥污泥：将脱水污泥装入动态好氧发酵反应器(或反应室)，添加含水率小于15％的木屑30～40％(占污泥量的质量百分比)作为调理剂，少量大块的木条作为通风架构材料；添加0.1～0.2‰(占污泥量的质量百分比)的VT菌(从北京沃土天地生物科技有限公司购买得到)兑水稀释10倍后均匀喷洒混合到反应体系，考虑到动态好氧发酵工艺的菌种循环，需辅以一定量的回流物料(回流物料即为反应期内污泥、木屑、VT菌的混合物)，回流物料占总物料的10％左右(质量百分比)。调节物料初始含水率至60％左右；模拟自然通风，以300L/min的通风量强制反应器内物料上部空间空气流通，每隔7.5小时搅拌5分钟；反应周期控制在15天左右，得到堆肥污泥后自然晾干，用磨碎机磨碎后过3mm筛。动态好氧发酵工艺流程图见附图1。
2)盆栽实验(也即污泥堆肥改良土壤的配制)：每盆红土总重为2.0kg，污泥堆肥的含量为红土重的5％，粉煤灰的添加量为10g/kg和20g/kg(所得混合土壤的质量，以下同)两种，还做一种对照，即不添加粉煤灰。每种样做三个平行样。含污泥堆肥5％的混配土的主要性质为：铜含量为86.9mg/kg；pH值为5.92；EC(全盐量)含量为0.683ms/cm；CEC(阳离子交换量)的含量为11.9cmol(+)/kg。最后生长出来的小白菜中铜的含量及生物量见表1.
表1脱水污泥含量为5％时小白菜中重金属含量和生物量
注：A表示不加粉煤灰改良剂，B表示粉煤灰的添加量为10g/kg，C表示粉煤灰的添加量为20g/kg，括号中的百分含量为与对照相对减少的铜的吸收量和相对增加的生物量，下同。
实施例2：
1)污泥堆肥的制备同实施例1。
2)盆栽实验：每盆土总重为2.0kg，污泥堆肥的含量为10％，粉煤灰的添加量为10g/kg和20g/kg两种，还做一种对照，即不添加粉煤灰。每种样做三个平行样。含脱水污泥10％的混配土的主要性质为：铜含量为112.5mg/kg；pH值为6.48；EC(全盐量)含量为1.206ms/cm；CEC(阳离子交换量)的含量为13.4cmol(+)/kg。最后小白菜中铜的含量及生物量见表2.
表2脱水污泥含量为5％时小白菜中重金属含量和生物量
实施例3：
1)污泥堆肥的制备同实施例1。
2)盆栽实验：每盆土总重为2.0kg，污泥堆肥的含量为15％，粉煤灰的添加量为10g/kg和20g/kg两种，还做一种对照，即不添加粉煤灰。每种样做三个平行样。含脱水污泥15％的混配土的主要性质为：铜含量为133.6mg/kg；pH值为6.52；EC(全盐量)含量为1.952ms/cm；CEC(阳离子交换量)的含量为15.2cmol(+)/kg。最后小白菜中铜的含量及生物量见表3.
表3脱水污泥含量为5％时小白菜中重金属含量和生物量
实施例4：
1)污泥堆肥的制备同实施例1。
2)盆栽实验：每盆土总重为2.0kg，污泥堆肥的含量为20％，粉煤灰的添加量为10g/kg和20g/kg两种，还做一种对照，即不添加粉煤灰。每种样做三个平行样。含脱水污泥20％的混配土的主要性质为：铜含量为155.4mg/kg；pH值为6.58；EC(全盐量)含量为2.574ms/cm；CEC(阳离子交换量)的含量为17.9cmol(+)/kg。最后小白菜中铜的含量及生物量见表4.
表4脱水污泥含量为5％时小白菜中重金属含量和生物量
Claims (2)
1、一种降低小白菜对污泥堆肥改良土壤中铜吸收的方法，其特征在于按以下进行：
1)堆肥污泥：将脱水污泥装入动态好氧发酵反应器，添加含水率小于15％的、占污泥量的质量百分比30～40％的木屑作为调理剂，少量大块的木条作为通风架构材料；添加占污泥量的质量百分比0.1～0.2‰的VT菌，兑水稀释10倍后均匀喷洒混合到反应体系，调节物料初始含水率至60％；模拟自然通风，每隔7.5小时搅拌5分钟；反应周期控制在15天，得到堆肥污泥后自然晾干，用磨碎机磨碎后过3mm筛；
2)将污泥堆肥按红色土壤的质量百分比5％～20％的比例与自然晾干后的红色土壤混合均匀；
3)在上述混合土壤中加入粉煤灰，添加量为每公斤混合土壤10g～20g，得到污泥堆肥改良土壤。
2、根据权利要求1所述的降低小白菜对污泥堆肥改良土壤中铜吸收的方法，其特征在于在调节物料初始含水率之前，辅以一定量的回流物料，回流物料为反应期内污泥、木屑、VT菌的混合物，回流物料可占总物料质量百分比的10％。
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