城市污泥堆肥与应用过程中的重金属有效性及机制研究

摘要

本文介绍了国内外污泥处理处置方式和污泥资源化途径，污泥中重金属有效性等研究现状。通过堆肥实验，深入地分析了重金属形态在堆肥过程中的变化规律。通过重金属对堆肥过程中典型微生物毒理效应实验，分别计算出了铜、锌、铅、镉四种重金属单一污染对堆肥过程典型微生物HR6菌的48h-EC50，及复合污染产生的复合毒理效应存在的联合作用，探讨了微生物在污泥堆肥过程中对污泥中重金属的吸收情况。通过小麦盆栽实验探讨了在土壤中施放污泥对植物生长的影响，及重金属在植物体内的积累作用。通过吸附-解吸实验，探讨了污泥堆肥产品对重金属吸附-解吸机理。通过往石油污染土壤中投加污泥及其堆肥产品，初步确认了利用污泥堆肥产品处理石油污染土壤的可行性。实验结果如下：
　　 1.重金属在堆肥过程中的变化规律是先得到活化，然后在腐熟期受到钝化。在堆肥过程的中温期和高温期，pH呈下降趋势，然后在腐熟期回升。在pH减小时，重金属有效态含量增加，在腐熟期pH回升时，重金属有效态含量骤降。堆肥前后重金属有效态含量略有减少。
　　 2.铜、锌、铅和镉单一污染对HR6菌的48h-EC50分别是50.58、87.77、366.64和23.47 mg·L-1。通过对比铜锌铅镉单一/复合污染实验，结果表明，单一污染产生刺激作用浓度下，复合污染产生明显的协同效应，其结果使重金属复合污染的毒性阈值浓度大大降低，毒性明显增强。微生物对重金属吸收取决于微生物的特性以及重金属的理化性质。
　　 3.盆栽实验结果表明，土壤中施放适量的污泥堆肥对小麦生长起促进作用，然而，随着污泥施放量增加，小麦体内积累的重金属的量也随之增加，当小麦体内重金属的量增加到一定程度时，将对小麦生长产生抑制作用。不同元素生物富集能力不同。小麦幼苗不同组织对相同元素的富集能力不同。根系富集的重金属含量高于该重金属在茎叶中的含量。
　　 4.重金属在污泥堆肥产品中的吸附等温线可以通过Freundlich方程拟合，结果表明，污泥堆肥产品对Cu、Zn、Pb、Cd的吸附与Freundlich方程拟合的相关系数R2分别为0.9729，0.9586，0.9705和0.9169。污泥堆肥产品中吸附态重金属的解吸率随着吸附的重金属浓度升高而升高，但总体来说，其解吸率是很低的，因此，重金属一旦被污泥堆肥产品吸附就不容易再释放。重金属在污泥堆肥产品中的解吸等温线也可以通过Freundlich方程拟合，结果表明，污泥堆肥产品对Cu、Zn、Pb、Cd 的解吸与Freundlich方程拟合的相关系数R2分别为0.9986，0.9571，0.9948和0.9812。
　　 5.添加污泥及其堆肥产品处理石油土壤，三十天后土壤中的含油量分别下降为16.9％～19.6％。污泥及其堆肥产品中的重金属的有效形态变化不大。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 研究背景

第二节 文献综述

1.2.1 污泥的定义、来源、组成及性质

1.2.2 污泥的处理处置方法及现状

1.2.3 污泥堆肥技术及堆肥微生物研究

1.2.4 污泥及土壤中重金属有效性研究

1.2.5 重金属对植物及微生物的毒理作用研究进展

1.2.6 重金属的吸附解吸机理研究现状

第三节 研究内容和意义

第四节 技术路线

第二章 污泥堆肥过程中的重金属形态变化分析

第一节 实验目的

第二节 实验材料与方法

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验方法

第三节 污泥堆肥条件

第四节 结果与分析

2.4.1 堆肥结果

2.4.2 重金属形态分析

第五节 小结

第三章 重金属对堆肥中典型微生物的毒理研究

第一节 重金属对微生物48h-EC50实验

3.1.1 实验目的

3.1.2 实验材料与方法

3.1.3 结果与讨论

3.1.4 小结

第二节 微生物对重金属的吸收

3.2.1 实验目的

3.2.2 实验材料与方法

3.2.3 结果与讨论

3.2.4小结

第四章 污泥及污泥堆肥产品应用过程的有效性及机制

第一节 污泥及其堆肥产品对小麦幼苗的影响及重金属积累状况

4.1.1 实验目的

4.1.2 材料和方法

4.1.3 结果与讨论

第二节 堆肥产品对重金属的吸附一解吸机理研究

4.2.1 实验目的

4.2.2 材料与方法

4.2.3 结果与讨论

第三节 堆肥产品处理石油污泥土壤过程中的重金属有效性

4.3.1 实验目的

4.3.2 材料与方法

4.3.3 结果与讨论

第四节 小结

第五章 结论与展望

第一节 结论

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历