城市污泥堆肥稳定化及其对小白菜生长的影响

袁檬，张建琦，付昱萌，王敏，王浩轩

(1.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.襄阳市第三中学，湖北 襄阳 441000)



城市污泥堆肥稳定化及其对小白菜生长的影响

袁檬1，张建琦2，付昱萌1，王敏1，王浩轩1

(1.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.襄阳市第三中学，湖北 襄阳 441000)

摘要：以某污水处理厂脱水污泥为研究对象，探讨污泥堆肥稳定化及其土地利用对小白菜生长的影响.结果显示：脱水污泥经高温堆肥处理后，臭味消失，颜色改观，全氮含量为17 g/kg，全磷为14.1 g/kg，全钾为11.3 g/kg，有机质达28.7%.堆肥后的污泥施用比例为2%时就表现出明显的增产效果，小白菜的株高和鲜重分别从空白对照的8.5 cm和0.33 g增加到15.28 cm和2.34 g；当堆肥污泥比例进一步增加到12%时，小白菜的株高和鲜重也相应增加到23.35 cm和18.39 g.

关键词：城市污泥；堆肥；小白菜；肥效

0引言

城市污泥是市政污水处理的副产物，截止2014年底，我国城市、县累计建成城镇污水处理厂3 717座，污水处理能力达到1.57亿m3/d，相应的城市污泥产生量已达700×105t/a，如何经济有效地处理处置污泥已成为亟待解决的环境问题[1-3].污泥中含有大量的有机质，氮、磷、钾等营养元素，有很高的土地利用价值[4-5].但是污泥中还含有大量的病原菌，寄生虫卵，铜、锌、铬、汞等重金属，以及多氯联苯、酚类等一系列难降解的有毒有机物，因此直接利用会带来重金属积累和病原菌扩散等环境安全问题[6-9].另外未经腐熟的脱水污泥直接施入土壤，遇水分后进行发酵产生高温和小分子有机酸，会直接烧伤植物根系；同时未腐熟的污泥在发酵时会产生臭味，招引蝇类产卵生蛆，蛆虫也能咬伤根系，危害植物正常生长.同时，污泥脱水一般采用高分子有机物阳离子聚丙烯酰胺作絮凝剂，当其大量进入土壤后，会造成土壤板结，破坏土壤结构.

目前，污泥堆肥处理后再进行土地利用是保证污泥无害化、稳定化和资源化的重要途径，既可以保证杀死病原菌，又可以充分降解有机物使污泥腐熟稳定化，减少直接施用时的烧苗、死秧、虫害等副作用，同时还可以改变重金属形态[10-11].在发达国家，堆肥利用一直被作为一条污泥资源化利用的重要途径，有资料显示，美国、英国、法国和葡萄牙等国污泥土地利用率分别为33%、55%、50%和80%[12].相对于填埋、焚烧，污泥堆肥也是符合我国国情的处理处置方式，但是目前国内建成的大型、规范的污泥堆肥厂仅20多座，远远不能满足我们国家污泥处理的需要，因此增加污泥堆肥厂建设是必然趋势.本文中通过污泥堆肥和小白菜盆栽试验，探讨堆肥前后污泥理化性质的变化及其对小白菜生长的影响，为城市污泥的资源化利用提供参考.

1材料与方法

1.1污泥堆肥实验以广水市某污水处理厂脱水污泥为堆肥基质，以碎至2 cm的玉米秸杆为堆肥填充料，二者体积比为3∶1，同时为加快污泥腐熟和减少堆肥过程中氮素的损失，向其中添加一定量的鸡粪[13]和膨润土，调节总体C/N比为(25～30)∶1，含水率为65%左右.堆肥物料充分混匀，堆制成2.0 m×1.0 m×1.0 m的条垛式堆体，以人工翻堆的方式进行通气，堆肥时间为30 d，堆肥初期2周内每3天翻堆1次，之后每周翻堆1次.每天下午15时左右记录堆体温度和环境温度，以堆体前后左右和中心5点温度的平均值作为堆体的发酵温度，测量时温度计插入堆体表面25 cm以下.

1.2小白菜生长实验供试土壤为湖北大学校园内潮土，自然晾干后过2 mm筛，然后装入直径18 cm、高16 cm的塑料盆钵，每盆装3 kg土.堆肥后的污泥自然晾干后过2 mm筛，以底肥的形式按质量比0%、1%、2%、3%、6%、9%和12%一次性施入盆钵.每个处理3个重复.

小白菜种子在实验室经催芽后选取出芽快，长势壮的幼苗进行播种.生长周期50 d，定时浇水.

1.3测试方法将收获的植物样品用水清洗干净，水分晾干后测株高、地上部分高度、根长、地上部分鲜重、地下部分鲜重及总鲜重.污泥含水率采用重量法；有机质测定采用重铬酸钾容量法-水合热法测定；全氮采用半微量凯氏法测定；全磷采用硫酸-高氯酸消煮法测定；全钾采用NaOH熔融-火焰度法测定；碱解氮采用碱解-扩散法测定；速效磷采用钼锑抗分光光度法测定；速效钾采用火焰光度法测定[14].

图1　污泥堆肥过程中温度的变化

2结果和讨论

2.1污泥堆肥过程中理化性质的变化温度是堆肥过程中的关键参数.堆体温度的升高是微生物代谢产热累积的结果[15].《粪便无害化卫生标准》(GB7957-87)将堆肥温度为50 ℃以上持续5～7 d作为灭菌标准.由图1可以看出，堆体在第4天时即达到53 ℃，且高温维持时间达到8 d，有利于消毒杀菌和有机质腐殖化，满足堆肥卫生学要求和腐熟度指标.从外观上看，腐熟后的污泥呈土黄色，无臭味，手感疏松，颗粒均匀，无蚊蝇滋生.

表1反映了污泥堆肥前后物理化学性质的改变.从中可以看出，堆肥前，脱水污泥的有机质含量为527 g/kg(52.7%)，堆肥后降到287 g/kg(28.7%)，说明脱水污泥中接近一半的易降解有机物在微生物作用下被转化为腐殖质.污泥中的总氮通常用于衡量污泥的基本肥力，是决定污泥农用价值的主要指标之一.堆肥过程中，污泥中的含氮有机物在微生物作用下分解形成氨，在水溶液中以铵态氮形式存在，但在高温和高pH条件下容易以NH3的形式大量挥发.NH3的挥发不仅是堆肥阶段臭气的主要来源，影响工作环境和人群健康；而且还造成氮素的损失，降低堆肥的品质.如表1中，脱水污泥中的全氮含量为41.2 g/kg，而堆肥后的腐熟污泥的全氮量只有17 g/kg，降低了59%.全磷量也呈现出下降的趋势.而全钾则上升了43%，这是由于堆肥的“浓缩效应”所致，即随着有机物质的降解，全钾含量增加.

表1　污泥堆肥前后肥料性质的变化　g/kg

2.2堆肥后的腐熟污泥对小白菜株高和鲜重的影响图2和图3所示为不同比例的腐熟污泥对小白菜生长和产量的影响.从中可以看出，空白对照小白菜的产量非常低，株高为8.5 cm，鲜重只有0.33 g，说明试验土壤基质缺乏养分.另外从图3中还可以看出试验土壤出现明显的板结现象.而腐熟污泥添加量为2%时即表现出明显的增产效果，对应小白菜的株高和鲜重分别为15.28 cm和2.34 g.此后随着腐熟污泥比例的增加，小白菜的鲜重和株高也不断增加，当添加比例达到12%时，对应小白菜的株高和鲜重分别增加到23.35 cm和18.39 g.这说明污泥经过高温堆肥后，有机物被大量分解形成稳定的腐殖质，病原菌和寄生虫卵等被杀死，此时作为肥料施入土壤中，不仅可以提供植物生长所需的N、P、K等养分，而且大量的腐殖质还可以降低土壤容重，促进土壤团聚体的形成，提高土壤的空隙度和持水量，改良土壤结构[16].

图2　不同比例的腐熟污泥对小白菜鲜重和株高的影

图3　不同比例的腐熟污泥对小白菜生长的影

图4　不同比例的腐熟污泥对小白菜根长的影

2.3堆肥后的腐熟污泥对小白菜根系的影响植物养分的输入和土壤结构的改善还有助于植物根系的生长发育.图4所示为不同比例的腐熟污泥对小白菜根长的影响，从中可以明显看出，随着腐熟污泥施用量的增多，小白菜的根长要明显长于空白对照.说明污泥经堆肥后使用有利于植物根系发达，从而有利于培育壮株，进而有利于作物的生长和抗病虫害能力[17].

3结论

脱水污泥堆肥处理可以杀灭污泥中病原菌和寄生虫卵，使有机物腐殖化，施用至土壤后能明显提高土壤氮、磷、钾和有机质的含量，改善土壤理化性质，为植物生长创造良好的环境.12%的污泥堆肥添加量极大地促进了小白菜的生长.采用污泥堆肥作为有机肥料，不仅可以拓宽城市污泥的处理途径，降低生产成本，而且有利于保护耕地和提高土壤肥力，是一条技术可行的途径.

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(责任编辑游俊)

Sewage sludge composting and its land utilization on pakchoi growth

YUAN Meng1,ZHANG Jianqi2,FU Yumeng1,WANG Min1,WANG Haoxuan1

(1.School of Resources and Environmental Science,Hubei University,Wuhan 430062,China;

2.No.3 High School of Xiangyang,Xiangyang 441000,China)

Abstract:Sewage sludge contains a lot of organic matter,nitrogen,phosphorus,potassium and other plant nutrient elements,thus its agricultural application has become one of the most important ways for sewage sludge recycling.This paper investigated the stabilization of sewage sludge by composting and its land utilization on the growing of pakchoi through pot experiments.Results showed that the sludge could be used as fertilizer after the composting,which had 17 g/kg of total nitrogen,14.1 g/kg of total phosphorus,11.3 g/kg of total potassium,and 28.7% of organic matter.Appropriate application of sludge compost could promote the growth and yield of pakchoi.When sludge compost was applied with the rates of 0%,1%,2%,3%,6%,9%,and 12%,the plant height and fresh weight of pakchoi increased with the rates.Compared to the control without addition of sludge compost,of which the plant height and fresh weight of pakchoi were 8.5 cm and 0.33 g,respectively,the treatment with 2% of sludge compost increased plant height and fresh weight of pakchoi to 15.28 cm and 2.34 g,respectively.The application of 12% of sludge compost resulted in the plant height and fresh weight of pakchoi up to 23.35 cm and 18.39 g,respectively.

Key words:sewage sludge;compost;pakchoi;fertility efficiency

中图分类号:S634.3；X505

文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2016.01.007

文章编号:1000-2375(2016)01-0037-04

通信作者

作者简介:袁檬(1992-)，女，硕士生；张建琦(1998-)，男，共同第一作者；王敏，，博士，讲师，E-mail: wangmin2311@163.com

基金项目:科技部科技惠民计划项目(S2013GMD100042)资助

收稿日期:2015-06-16