利用固体废弃物制备人工土壤的可行性研究

摘要

现代社会生产与生活所产生的大量有机与无机固体废弃物的处理与处置方式涉及到人们的生活环境与资源的循环利用，因此在对其有关性质进行了解的基础上加以科学合理的利用，是一项很有意义和应用前景的工作。本研究主要围绕本地区的产生量大且具有一定代表性的有机和无机固废开展工作，探讨利用它们制备人工土壤的可能性，并了解在此过程中一些重要参数的变化，为进一步将该技术应用于生产实际提供参考。
　　根据就地取材以及是否经济的原则，试验选取了本地区产生量较大的有机固废生活污泥、牛粪、蚯蚓粪和无机固废粉煤灰、脱硫石膏、钢渣、煤矸石作为试验原料，进行配制生产人工土壤的试验。其中有机固废以生活污泥、牛粪和蚓粪为主，辅以菌菇渣;无机固废已粉煤灰为主，辅以脱硫石膏、钢渣和煤矸石。有机物与无机物的重量比分别为1∶1、1∶2、1∶3，因此共设9个处理。通过恒温恒湿培养后，对终产物人工土壤的物理、化学、生物学性质加以测定。试验获得了以下主要结果:
　　(1)试验结果表明，按不同材料和不同比例配制形成的9个人工土壤中，水稳性团聚体的含量多数已达到自然土壤中水稳性团聚体的含量范围，证实了本试验所确定的固废种类、混合比例及培养方式可以赋予产物人工土壤类似于自然土壤的基本物理性质。
　　(2)有机固废在培养过程中的转化会影响产物的pH，因此采用一般的pH值临界法所预测的理论pH值与实测值相差较大。本试验采用在同种有机组分处理内部仅考虑一种主要有机固废（生活污泥、或牛粪、或蚓粪）和无机固废中粉煤灰的pH值，再通过pH临界值法进行计算，所得到的预测值与实测值更为相近。所有处理经培养后制备的人工土壤，其酸碱性基本符合植物生长需求。
　　(3)在人工土壤的制备过程中，加入的有机碳会发生降解，导致有机碳含量大大减少，因此在配制时有机组分应占较大比例。本试验表明，在有机固废与无机固废比例为1∶3时，采用污泥和蚓粪处理所得到的人工土壤中，有机质的残留量已降到6％以下，接近较肥沃自然土壤中有机碳的含量。因此，在以这两种有机固废为主制备人工土壤时，不应该再继续加大原料配比中的无机固废所占的比例。
　　(4)就，土壤中最重要的氮素营养而言，三种有机固废处理中，由于污泥和蚓粪处理的碳、氮比相对较小，因此培养过程中有机氮的矿化作用较强，使无机氮增加较多，且铵态氮向硝态氮的转化明显。而牛粪处理的碳、氮比较大，虽然有机氮的矿化作用也很强，但释放的铵态氮被氧化成硝态氮后，又被微生物大量利用，因此在以牛粪为主制备的人工土壤上，无机氮的总含量明显较低。
　　(5)本试验所采用的固废原材料中，重金属含量均没有超过国家允许的固废农用标准，因此可以用来制备人工土壤。对9个制成的人工土壤所进行的生物毒性试验表明，它们都不具有生物毒性，说明本试验采用的材料和方法所制备的人工土壤具有环境安全性和生物安全性。
　　(6)基于上述结果可以初步确定，利用本地区现有的这些固体废弃物制备人工土壤是可行的。采用本试验方法处理固废，既减少了固废随意堆放后对环境的污染，制备的人工土壤还可以解决一些苗圃产业园区土壤资源短缺的矛盾，同时可获得一定的经济效益，促进社会的可持续发展。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景

1．1．1 我国土壤资源退化与短缺

1．1．2 固体废弃物对环境的污染

1．2 研究目的及意义

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 文献综述

2．1 我国固体废弃物资源化利用现状

2．1．1 固体废弃物的定义及分类

2．1．2 固体废弃物造成的环境问题

2．2 典型固废的性质及在农业方面的应用

2．2．1 生活污泥在农业方面的应用

2．2．2 菌菇渣在农业方面的应用

2．2．3 畜禽粪便在农业方面的应用

2．2．4 粉煤灰在农业方面的应用

2．2．5 脱硫石膏在农业方面的应用

2．2．6 煤矸石在农业方面的应用

2．2．7 钢渣在农业方面的应用

2．3 固废用于土壤修复和改良的研究进展

2．3．1 土壤改良剂的研究与应用进展

2．3．2 利用固体废弃物改良土壤的研究

2．4 土壤的质量因素

2．4．1 土壤物理性状

2．4．2 土壤化学性质

2．4．3 土壤生物学性质

2．4．4 土壤质量评价指标的选择

2．4．5 人工土壤的质量评价

2．4．6 人工土壤的国际最新研究动态—技术新成土的合成

第三章 试验方法、固废原料选择及基本性质

3．1 培养方法

3．2 测定方法

3．2．1 有机质测定方法的比较与确定

3．2．2 其它化学性质的测定方法

3．2．3 重要养分的测定方法

3．2．4 重金属测定方法

3．2．5 土壤水稳性团聚体测定方法

3．2．6 生物毒理学试验方法

3．3 固废原料的选择

3．3．1 选择原则

3．3．2 固废来源及基本情况描述

3．3．3 确定的固废种类

3．4 所选固废的基本物理性质

3．5 所选固废的基本化学性质

3．6 所选固废的基本养分性质

3．7 固废中重金属含量

3．8 本章小结

第四章 人工土壤的原料配制与生产

4．1 原料配制原则与处理

4．1．1 固废原料的选择依据与配比确定

4．1．2 产物pH控制与预测的原理和方法

4．2 培养过程

第五章 人工土壤的性质

5．1 人工土壤的重要物理结构-团聚体的形成

5．1．1 不同配方对形成水稳性团聚体总量的影响

5．1．2 不同处理对人工土壤水稳性团聚体组成的影响

5．1．3 不同处理人工土壤中同一粒径的团聚体含量比较

5．2 不同配方对人工土壤的化学性质影响

5．2．1 不同配方与人工土壤pH值的关系

5．2．2 不同配方对人工土壤有机碳的影响

5．3 不同配方对人工土壤养分性质的影响

5．3．1 铵态氮和硝态氮

5．3．2 速效磷

5．3．3 速效钾

5．4 不同配方对人工土壤生物毒理学性质的影响

5．5 本章小结

第六章 存在问题与展望

参考文献

附表

致谢

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