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随着社会的发展,城市人口的增加,生活污水的排放量日益增多,城市污泥产出量迅速增加。由于城市污泥中混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物,其中含有多种由微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物、重金属元素和盐类,还有少量的病原微生物、寄生虫卵等综合固体物质,如果处置不当,很容易对水体、土壤、农作物造成二次污染,危及人类的健康。但同时污泥中含有丰富的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及钙、镁、铜、铁、锌等微量元素,经过堆肥处理后能够起到改变土壤结构、增加土壤肥力、促进植物生长的作用,可以实现城市污泥的资源化利用。
本文从重庆主城区污泥特性变化规律出发,研究了总氮、总磷消解测定方法,选择稻草、菌包、EM菌、MCMP菌、HBH-Ⅱ菌、通气速率作为污泥堆肥控制因素,系统研究了堆肥过程腐熟性指标、营养元素及重金属含量变化情况,分析了各因素与主要指标之间的相关性,并利用模糊综合评价法、SPSS软件进行了评价选优。将污泥堆肥产品与建筑弃土混合配制营养土,并通过凤仙花、麦冬、黄杨等三种园林植物栽培试验,分析了植物生长特性、植物体内和栽培土壤中营养学指标及重金属含量变化情况,判别了营养学指标与植物生长特性之间的相关程度,根据模糊评价结果及综合各方面因素得出适合各种园林植物生长的较佳配制方案。论文主要结论如下:
①全年中,污泥中含水率变化无明显规律,有机质、总氮、碱解氮、总磷及有效磷含量从4月开始先减小后增大,而K含量却先增大后减小;Cr、Cu、Zn含量在7月达到最大值,而Pb含量在此时为最低。总氮、总磷消解方法的较佳方案为A3B1C3,即H2O2添加次数为3次、每次消耗为0.25mL、H2SO4用量为5mL,加标回收实验表明该方案能够准确测出污泥中总氮、总磷含量。
②稻草能明显提高堆体温度≥50℃的天数、过筛率、发芽指数、有机质降解率,增加碱解氮、总磷、有效磷含量,降低总氮损失率;菌包能显著提高堆体温度、过筛率、发芽指数、碱解氮、总磷、有效磷含量,增加有机质降解率、总氮损失率;EM菌能够有效增加发芽指数、有机质降解率,降低总氮损失率;MCMP菌能够加快总氮中氮元素向气态的转化,显著增加总氮、碱解氮的损失,其中存在反硝化及提高有效磷转化效率的菌种;HBH-Ⅱ菌能够显著提高有机质降解率、发芽指数、碱解氮及有效磷含量,导致总氮损失增大,其中存在能够将非碱解氮成分转化为碱解氮、将固态氮转化为气态氮、提高有效磷转化效率的微生物种群;但填料及菌剂对含水率变化、K及四种重金属含量的相关性不高。对堆肥效果影响最大的填料及菌剂水平分别为稻草5%、菌包12%、EM菌1.35%、MCMP菌0.45%、HBH-Ⅱ菌1.35%。
③在综合影响实验中,通气速率对有机质的变化、稻草添加量对高于50℃温度天数、菌包添加量对过筛率在0.05水平下具有显著性,除此之外所有控制因素对各指标的影响显著性稍差。但EM菌、MCMP菌、HBH-Ⅱ菌投加量对有机质、温度的影响较其它指标稍大。污泥堆制园林营养土的较佳工艺条件为A2B3C3D3E2F3,即通气速率为5.0 m3/(t.h)、稻草含量为9.0%、菌包含量为20%、EM菌为2.00%、 MCMP菌为0.45%、HBH-Ⅱ菌为2.00%。复合填料及多功能微生物与污泥堆肥放大中污泥堆体上、中层能够满足最高温度在50~55℃维持5~7天的卫生标准,而堆体下层10cm部分不能满足要求,但可作为回流填料处理。堆肥产品中含水率约为60%,pH值接近中性,碱解氮、有效磷含量大幅提高,发芽指数超过100%,过筛率高达81.42%,4种主要重金属均满足国家标准。堆体初始碳氮比为15.83:1时总氮损失仅为17.26%,堆肥周期从传统的30~50天缩短至10~12天,能够满足高温堆肥要求。
④堆肥比例在50%时凤仙花株高、生物量在扣除空白后增加率为最大值,在40%时茎围、花果数增加率最大,在30%时最大叶宽增加率最大,在20%时叶数增加率最大;堆肥比例在50%时麦冬生物量增加率、新生芽数及地表部分比重为最大值,在30%时根瘤菌减少率为最大值;堆肥比例为40%时黄杨叶数、茎围、鲜重增长率达到最大值,比例分别为30%、20%时最大叶宽、株高增长率达到最大值。随着营养土中堆肥比例增加,三种植物体内营养学指标含量、重金属积累量随之增加,分别在比例为50%时达到最大值,但重金属对植物生长影响不明显。栽培土壤中营养学指标含量越大损失量越多,各指标保留率越低,同时总氮、总磷及K含量损失率较有效磷、碱解氮小得多。营养土中碱解氮、有效磷、K与三种植物生长特征之间的相关性显著,而总氮、总磷的影响相对而言较小。堆肥比例在30%以上时营养土对凤仙花、黄杨生长效果好,麦冬在40%以上时生长效果好。但综合考虑配制成本、植物生长及营养物质流失情况时,营养土较佳配制方案为堆肥产品占20%。