生活污泥好氧发酵技术及产品安全性评价

摘要

生活污泥的土地利用被认为是一种积极、有效、有发展前景的污泥最终处置方式。生活污泥堆肥可以实现污泥无害化和稳定化处理，堆肥产品含有的大量营养元素和丰富的有机物质，能够改善土壤结构并为植物提供所需养料，这样可以有效实现资源化利用，解决污泥的出路问题。本课题针对汤汪污水处理厂生活污泥进行了好氧发酵技术研究，确定了污泥堆肥最佳的施加量，并通过青菜和黑麦草两种植物的盆栽试验研究了污泥堆肥产品对土壤和植物的影响，为城市生活污泥的应用提供理论和实践支持。因此，本课题具有以下几个方面的工作:
　　(1)根据试验，发现按照污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.4∶0.025的比例，同时添加2‰微生物菌剂进行好氧堆肥，可以使堆肥过程中温度维持在50℃以上达11d，实现了高温灭菌，符合粪便无害化卫生标准要求。堆肥过程氮素的损失量为28.22％，相比于传统堆肥30％～50％氮素损失较低，起到了一定的保氮作用，提高了堆肥产品的质量和农用价值。从铵态氮、电导率和种子发芽指数等方面对堆肥产品的腐熟度进行了判定，堆肥产品铵态氮含量为60.03mg/kg，电导率为4.11 ms/cm，种子发芽指数为86.3％，均符合腐熟度指标要求;堆肥产品呈黑褐色，呈现疏松的团粒结构，并带有泥土味，由此说明堆肥产品已腐熟。
　　(2)实验表明，生活污泥的好氧堆肥处理虽不能降低污泥中的重金属元素的含量，但可以改变污泥中重金属元素的形态分布。堆肥产品中Cr、Cu、Zn、Cd、Pb含量均符合农用污泥中污染物控制标准(GB4284-1984)限值(pH≥6.5)。堆肥结束后Cr、Cu、Zn、Cd、Pb生物有效性含量占其总量比率均有所降低，说明污泥好氧堆肥有助于污泥中的重金属活性钝化，降低其生物有效性。
　　(3)适量施用污泥堆肥能促进青菜和黑麦草生长，提高生物量，提高青菜对N、P、K的吸收量。在污泥堆肥施用量0％～15％范围内，青菜总生物量随堆肥施用量的增加而增加，污泥堆肥施用量为10％已满足青菜对营养元素的需求，其地上部N、P、K含量分别为52.68、5.89、26.86g/kg。污泥堆肥施用量大于20％时，青菜生物量呈下降趋势。10％污泥堆肥处理的黑麦草总生物量显著高于5％污泥堆肥处理。
　　(4)与空白处理相比，随污泥堆肥施用量增加，青菜地上部Cu，Cd，Zn，Cr和Pb含量呈增加趋势。堆肥施用量为80％时，青菜地上部Cr的含量为0.52mg/kg，高于食品中污染物限量标准（0.5mg/kg）;堆肥施用量为60％时，青菜地上部Cd的含量为0.22mg/kg，高于食品中污染物限量标准(0.2mg/kg);而Pb的含量在所有处理中均超标。重金属对植物生长的影响因重金属的不同而存在差异。青菜地下部重金属富集量显著高于地上部重金属富集量。黑麦草体内重金属含量不仅受污泥堆肥施用量的影响，还与刈割次数有关，不同采收期黑麦草地上部重金属含量存在明显差异。
　　(5)黑麦草在生长过程中能够通过根土互作改变根部土壤环境，并对重金属的形态分布产生一定影响。施用污泥堆肥的土壤种植黑麦草后，土壤中Cr和Cu的生物有效性总体变化不明显，Pb向生物活性较低的可氧化态和残渣态转化，生物活性在一定程度上被钝化;Cd和Zn明显由残渣态向前三种形态转化，生物活性在一定程度上被激活。
　　(6)污泥堆肥中含有丰富营养元素，但施用过量会对植物生长产生抑制作用，并易造成环境污染。根据试验结果综合考虑，建议生活污泥堆肥施用量在10％左右较为合适，而20％的施用量是污泥堆肥施用的上限。