N在污泥改良沙化土壤中迁移转化规律

黄殿男，陈明明，焦美怡，张媛丽

(1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168；2.国电东北环保产业集团有限公司，辽宁 沈阳 110014)

1 试 验

1.1 试验材料

试验污泥取自沈阳北部污水处理厂污泥处理车间。取回当日测污泥pH值，将污泥样品置于实验室4 ℃低温保存。试验沙土取自辽宁省彰武县章古台镇0～50 cm土层风蚀沙漠化土壤，按土层深度将沙土编号：1#(0～10 cm)、2#(10～20 cm)、3#(20～30 cm)、4#(30～40 cm)和5#(40～50 cm)。取回当日测pH值、孔隙率等指标，另取适量沙土样品在避光处，自然风干后剔除其中碎石块等杂物，用研钵磨碎过筛。测定沙土和污泥的指标如表1所示。

表1 沙土与污泥基本理化性质

1.2 试验装置与方法

试验在室内封闭条件下进行模拟，室内温度恒定(10 ℃)。试验装置为直径20 cm、高60 cm有机玻璃柱，壁厚1 cm。在柱上纵向设置5个内径5.5 cm圆孔作为土壤溶液取样器，各圆孔圆心相距10 cm。桶底面有数个直径2 cm的渗水孔，保证水分自由下渗(见图1)。

图1 试验装置示意图

污泥与沙土按照20%掺比均匀混合后所得复合介质作为模拟土柱1#、2#的浅层土壤，沙土作为3#、4#、5#土层填充土壤，按照由下向上的顺序进行压实均匀装填，每层土壤厚度为10 cm。柱上方设置直径为20 cm圆形模拟降雨盘，降雨盘通过聚氯乙烯管与水箱、流量控制器、水泵等设备连接，形成模拟淋洗系统。为避免非污泥源氮素引入，采用去离子水模拟降雨，通过饱和淋洗方式模拟降水条件下氮素在土层中的迁移转化规律和淋出质量。

将降雨参数设定为[9]：降雨强度48 mm/h，降雨总量2 L.7个淋洗周期内，测定淋洗液中氮素质量浓度、pH和COD等指标变化情况。淋洗试验结束2 h后，采用土壤采样器分层采集各土层样品，测定各土层中氮素和pH等指标变化，分析复合介质作为表层土壤改良沙土过程中的氮素分布规律。

1.3 分析方法

试验各指标分析方法如表2所示。

表2 各指标分析方法

1.4 试验结果统计与分析

试验结果利用Excel 2010进行整理、计算及统计；利用Excel 2010、Origin 9.1进行图形绘制；利用IBM SPSS S19.0进行数值分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 氮素在淋洗液中的淋出特性

2.1.1 不同形态氮在淋洗液中动态变化规律

淋洗试验过程中不同形态N质量浓度变化趋势如图2所示。

图2 土壤中不同形态N淋出规律

图3 土壤中pH、COD淋出规律

2.1.2 不同形态氮淋出特征

污泥改良沙土试验中复合介质在模拟降雨条件下，氮素可随淋洗液向下迁移并流出。为进一步探明氮素在模拟降雨条件下复合介质淋出液中N的迁移转化规律与淋出特征，将淋洗液中氮素总质量作为模拟试验淋出质量。

Li=Ci×V.

(1)

(2)

式中：Li为第i次淋洗液中不同形态N淋出质量，mg；Ci为第i次淋洗液中不同形态N质量浓度，mg/L；V为每次淋洗液体积，L；Sn为n次淋洗试验后氮淋出总量，mg。

不同形态氮淋出质量变化如表3所示。

表3 土壤中不同形态N淋出质量

2.2 氮素在土层中的迁移转化特性

图4 在不同淋洗数量和不同深度土壤剖面迁移转化

图5 在不同淋洗数量和不同深度土壤剖面迁移转化情况

图6 在不同淋洗数量和不同深度土壤剖面迁移转化情况

3 结 论

(4)3#(20～30 cm)土层内部氮素的质量浓度相对较高，受土壤酸化影响小，为适宜种植土层。