污泥基生物炭对作物产量和土壤理化性质的影响及其重金属风险评价

摘要

随着我国城镇污水污泥产量逐年增加，如何科学合理地处置城市污泥，在治理污染的同时变废为宝，已成为当前环境研究的热点之一。生物质炭化技术是近年来迅速发展很有前景的一种废弃物资源化处理技术。本文以萝卜、玉米和青菜三种不同类型蔬菜作物为研究对象，比较了污泥和污泥基生物炭农用对土壤理化性质和作物生长的影响以及土壤中重金属含量变化及其生态健康风险，阐明了实际生产条件下污泥基生物炭的农用效果和安全性，为污泥资源化利用提供科学依据。主要结果如下:　　1.污泥基生物炭施用只有在适宜范围内可以提高作物的产量，当施用量过多，会抑制作物的生长。萝卜的产量在BC2处理时达到最高，为23.87 t/hm2，比对照增加218.33％;玉米的产量在BC1处理时达到最高，为4.02 t/hm2，比对照增加27.22％;青菜的产量则在SS2处理时达到最高，为44.63 t/hm2，比对照增加56.58％。SS3和BC3处理时，生物质炭对萝卜的增产效应明显减弱，玉米和青菜甚至出现减产现象。　　2.施加污泥后，萝卜、玉米和青菜三种作物中各部位的Cu、Zn、Pb、Cd的含量相比对照都有所增加，且与施加量呈正相关。玉米籽粒中Cu、Zn、Pb和Cd的含量均符合食品安全国家标准，但是青菜和萝卜各处理的食用部位Zn和Pb的含量超过了食品安全国家标准(GB13106-91/GB2762-2012)。与污泥处理比较，施加污泥基生物炭则降低了作物对这四种重金属的积累，但青菜和萝卜中Zn和Pb的含量仍略高于国家标准。根据高危指数法的分析，经过热解处理之后，污泥中Cu、Zn、Pb和Cd的健康风险在萝卜、玉米和青菜种植中，分别下降了23.73％、11.83％、25.47％。　　3.施加污泥和污泥基生物炭后，土壤中的有机质、碱解氮和有效磷的含量都有所增加。而且本试验中，施加污泥和污泥基生物炭后，除了第一批种植萝卜和青菜的土壤在BC3处理时，Cd的含量略超过土壤质量控制标准之外(GB15618-1995)，其它元素均未超标。　　4.按照美国EPA相关标准计算，本供试污泥各处理的农用安全年限为27-110年，污泥基生物炭各处理的农用安全年限为33-132年。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 污泥的性质

1．1．1 有机质和营养成分

1．1．2 重金属

1．1．3 有机污染物和病原微生物

1．2 污泥处理与处置

1．2．1 土地填埋

1．2．2 污泥焚烧

1．2．3 土地利用

1．2．4 其他资源化利用

1．3 污泥农用的环境效应

1．3．1 污泥农用对土壤的影响

1．3．2 污泥农用对作物的影响

1．4 生物质炭的概述

1．5 生物质炭农用的环境效应

1．5．1 生物质炭对土壤的影响

1．5．2 生物质炭对作物的影响

1．6 污泥热解制备生物炭的研究现状

1．7 课题研究的内容和意义

1．7．1 研究意义

1．7．2 研究内容

1．8 技术路线

2．材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验处理与方法

2．2．1 实验设计

2．2．2 土壤与植物样品的采集

2．3 测定的项目与方法

2．4 数据分析

2．5 主要仪器

2．6 相关国家标准

2．7 作物和土壤重金属污染评价

2．8 作物健康风险评价

3 结果和分析

3．1 污泥和污泥基生物炭农用对作物产量的影响

3．1．2 对玉米产量的影响

3．1．3．对青菜产量的影响

3．2．1 对作物体内重金属含量及分布的影响

3．2．2 作物对重金属的运输和富集

3．3 作物重金属污染风险评价和人体健康风险评价

3．3．1 作物重金属污染风险评价

3．3．2 作物健康风险评价

3．4 污泥和污泥基生物炭农用对土壤的影响

3．4．1 对土壤养分的影响

3．4．2 对土壤重金属影响

3．5 污泥和污泥基生物炭的农用年限

4 结论与研究展望

4．1 结论

4．2 研究展望

参考文献

致谢