利用城市固體廢棄物生產(chǎn)有機復合肥施用效果研究

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簡介： 城市污水處理廠污泥和生活垃圾及粉煤灰富含作物生長所需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)成份和大量有機質(zhì)，可以充分利用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將污泥、垃圾和粉煤灰按4∶5∶1配比堆肥發(fā)酵，并根據(jù)地域特點研制水稻和甘蔗有機復合肥。田間試驗表明，制成的有機復合肥對水稻和甘蔗均有較好的增產(chǎn)效果，并可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的肥力。
關鍵字：污水處理廠污泥 生活垃圾 粉煤灰 有機復合肥

為保護環(huán)境，我國近幾年建設了大量的污水處理廠，相應地產(chǎn)生了大量的污水污泥，據(jù)統(tǒng)計英、美兩國在過去的幾年中污泥每年增長5%～10%，年產(chǎn)干污泥分別達到1.7×10⁶ t和 9×10⁶ t［1］。我國每年產(chǎn)生的污水污泥達到1億t［2］以上（濕污泥）。由于污泥中含有大量的有害物質(zhì)及細菌、各種寄生蟲卵、大量的病原微生物等，熱值低、含水率偏高，極有可能產(chǎn)生二次污染現(xiàn)象。1998年我國668座城市共產(chǎn)生城市生活垃圾達1.2億t［3］，而我國城市生活垃圾的增長速度為10%左右［4］，這些城市固體廢棄物的處置方法主要有焚燒、填埋、投海、燒磚、筑路等，這些處置方法均有較大的弊端，如費用高、能耗大或衛(wèi)生問題等。因此利用其堆肥制造成有機復合肥，走資源化利用之路，對今后合理利用城市固體廢棄物具有重要的現(xiàn)實意義。

　　將污泥、垃圾和粉煤灰按4∶5∶1的配比先常溫下好氧堆肥15 d，再經(jīng)過40～50 d的厭氧堆肥發(fā)酵，這些物質(zhì)中有機物基本上轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，而且其中的臭味全部去除，外觀呈松散狀。將堆肥成品經(jīng)自然干化、烘干后和經(jīng)過配方計量所需的無機肥料氮、磷、鉀肥及部分微量元素等混合后進行粉碎造粒，最后制成有機復合肥。

　　堆肥試驗自1998年6月至9月，歷時3個多月。堆肥期間，通過記錄溫度和測量堆料中氧濃度的變化情況，相應改變通風量大小，以保證最佳堆肥效果。并于1999年至2000年將研制好的有機復合肥送桂林市農(nóng)業(yè)科學研究所分別對早稻、晚稻和甘蔗進行田間試驗，驗證施用效果。

　　1 城市固體廢棄物制造有機復合肥的肥效

　　城市固體廢棄物制造的有機復合肥中含有大量的有機質(zhì)，它會增加土壤中負電荷及促進微生物活動，通過化學、電化學及生物化學作用，對NH₄⁺，K⁺等養(yǎng)分產(chǎn)生吸附和調(diào)節(jié)作用，速效成分快而不猛，與其中的緩效成分配合得當，肥效快而持久，可避免施用化肥那種"大起大落"不均衡供肥的毛病，還可以增強保肥力，減少養(yǎng)分的淋失，特別在南方高溫多雨的條件下，在缺乏有機質(zhì)的瘦土、沙土上，有機復合肥的保肥力特別明顯。另外有機復合肥還可以活化土壤中的N，P，K及Si，Mn，Zn等成分，提高有效性，改善土壤理化性質(zhì)。有研究［5］認為，施用有機復合肥存在著時空效應，有機復合肥中有機無機成分具有同時間、共空間的特點，即有機復合肥中的有機無機成分從一開始就結(jié)合在一起，這比先施有機肥、后施化肥的傳統(tǒng)施肥方法優(yōu)越，傳統(tǒng)方式即使同時施用有機肥和無機肥，有機無機成分在土壤中的空間分布上也有差異，遠不如有機復合肥均勻。

　　考慮到廣西地區(qū)的土壤特征，結(jié)合桂林市污泥、垃圾的特點，根據(jù)廣西地區(qū)主要農(nóng)作物為水稻和甘蔗。因此本研究選取水稻和甘蔗作為主試作物，分別研制了供水稻和甘蔗施用的有機復合肥。要滿足作物對N，P，K需求,污泥的添加量一般不會超過40%,這樣對于直接施用污泥垃圾堆肥產(chǎn)品時,重金屬的含量可減少一半,試驗時采用的配比見表1。

　　表1　有機復合肥中主要物質(zhì)比例

成份堆肥產(chǎn)品過磷酸鈣尿素鉀肥比例(%) 29～33 26～28 23～25 18～20

　　從表1可以看出,污泥垃圾的添加量未占到1/3,最后生產(chǎn)出的兩種有機復合肥的肥效成分見表2。

　　表2　兩種有機復合肥的成分

肥料種類 N(%)P₂O₅(%)K₂O(%)水稻用11　45甘蔗用 14.3 4 5

　　2 有機復合肥的增產(chǎn)效果

　　研制的兩種有機復合肥的成分完全滿足國家有機復合肥的標準，即N，P，K總量(N+P₂O ₅+K₂O)≥18%。筆者在桂林市農(nóng)業(yè)科學研究所的協(xié)助下對早稻、晚稻、甘蔗等作物進行了作物田間施肥試驗。從表3可知，對于晚稻施用有機復合肥和市售高效三元復合肥均比對照組增產(chǎn)，平均增產(chǎn)約12%，有機復合肥比市售三元復合肥每畝少施5 kg，因此有機復合肥肥效略優(yōu)于市售三元復合肥。

　　表3　施肥后晚稻的產(chǎn)量情況(1畝=666 m²)

處理試驗面積(m²}肥料施用量
(kg/畝)試驗區(qū)水稻平均產(chǎn)量
(kg/畝)較對照區(qū)增產(chǎn) (kg/畝)(%) 對照組13.30 446.75   市售復合肥13.34050053.25 11.9 有機復合肥13.335504.2557.512.9

　　注：市售高效三元復合肥肥效成分為N∶P₂O₅∶K₂O=13%～15%∶7%∶3%。

　　對于早稻,我們也進行了試驗。在同一水平下,有機復合肥比對照組增產(chǎn)約18%～19%，而市售高效三元復合肥比對照組增產(chǎn)約13%，有機復合肥的肥效比市售三元復合肥高6個百分點，見表4。

　　表4　施肥后早稻產(chǎn)量情況(1畝=666 m²)

處理試驗面積(m²}肥料施用量
(kg/畝)試驗區(qū)水稻平均產(chǎn)量
(kg/畝)較對照區(qū)增產(chǎn) (kg/畝)(%) 對照區(qū)13.30408　    市售復合肥13.340460.552.512.9 有機復合肥*13.3404837518.4 有機復合肥*13.3404867819.1

　　注：① *號表示為兩平行試驗；
　　　②市售三元復合肥成分為N∶P₂O₅∶K₂O=13%∶5% ∶7%。

　　有機復合肥對甘蔗的生長有更加明顯的促進作用，甘蔗的出苗數(shù)、產(chǎn)量均有較大幅度增加，見表5。

　表5　施用肥料后甘蔗的產(chǎn)量情況(1畝=666 m²)

處　理試驗面積
(m²)肥料施用量
(kg/畝)下種數(shù)
(顆/畝)出苗數(shù)
(顆/畝)試驗組甘蔗平均產(chǎn)量
(kg/畝)增產(chǎn)
(%) 混合肥24.0尿素50；
鈣鎂磷肥53.5；
氯化鉀15750335304903 市售復合肥24.020075033891519322 有機復合肥24.0160750340586336.529

　　注：① 肥料施用量以畝施氮量為標準；
　　　　② 市售高效三元復合肥的成分為N∶P₂O₅∶K ₂O=13%∶7%∶5%。

　　3 施用有機復合肥的安全問題

　　3.1 城市固體廢棄物中重金屬問題

　　對于我國大部分大城市,由于工業(yè)廢水接入城市排水管網(wǎng)，因此會造成污水污泥中某些重金屬離子的含量偏高。城市垃圾和粉煤灰中也存在著某些重金屬離子偏高的問題。在處理這類城市固體廢棄物時應謹慎對待,避免由于重金屬而引起二次污染。桂林市屬于旅游城市，重工業(yè)少，城市污水廠主要以處理生活污水為主，正常情況下不存在重金屬離子超標問題，城市垃圾也基本滿足要求，見表6。

　　表6　城市固體廢棄物中金屬離子含量

組　分 As Cd Pb Cu CrNi Zn 污水處理廠污泥 37.0 0.8538413659498453 國家農(nóng)用污泥標準［6］7515100050010002001000 城市垃圾75.71.16390.3162.3157.356.8352 城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用標準［6］303100    300    粉煤灰301.1241046180  71 農(nóng)用粉煤灰標準［6］7510500500500   

　　注：數(shù)據(jù)單位為mg/kg。

　　從表6可以看出，桂林市污水污泥中重金屬含量完全符合國家農(nóng)用污泥標準，可以在每666 m²中以2 000 kg的施用量長期施用。城市垃圾也基本滿足國家標準,粉煤灰由于只作為添加劑，故其重金屬含量不會帶來直接影響。本研究用堆肥物料進行堆肥時,污泥為40%,垃圾為5 0%，粉煤灰為10%，其堆肥成品在制作的有機復合肥中用量為29%～33%左右,所以成品肥料中重金屬的含量不會超標。

　　3.2 有機復合肥農(nóng)用重金屬安全性

　　為確定施用有機復合肥是否安全，在有機復合肥、市售高效三元復合肥進行肥效試驗時，采集了稻莖和稻谷樣品測定其重金屬含量，見表7。

　　表7　水稻稻莖、稻谷中重金屬元素含量

樣品 As Cd Cr Cu Ni Pb Zn 備注 有機復合肥 - 0.023 9.3 15 8 1119.3稻谷中 市售復合肥 - 0.01 8 12 7 8 20 對照組 - 0.023 10 14 9 9.3 34.3 有機復合肥 - 0.04 22 55 14 15 59稻莖中 市售復合肥 - 0.05 25 18 13 16 67 對照組 - 0.057 33 20 17 20.3 77.7 　

　　注：①數(shù)據(jù)單位為mg/kg；②"-"表示含量小于0.005；③數(shù)據(jù)由原中南工業(yè)大學重點實驗室測定，分析方法均為等離子-原子發(fā)射光譜法。

　　從表7中可以看出,在水稻的稻谷和稻莖中，重金屬元素含量均無明顯差異，表明施用有機復合肥不會造成重金屬在植物體內(nèi)和果實中蓄積，進一步說明施用有機復合肥是安全的。由于肥料中重金屬含量沒有超過國家農(nóng)用標準，故本研究未對土壤中重金屬的變動情況進行測定。

　　4 效益分析

　　(1)環(huán)境效益。利用城市污水污泥和生活垃圾堆肥后生產(chǎn)有機復合肥，大大減少蚊蠅等的滋生機會，降低病原菌存活時間，切斷了病原菌傳播到人類的途徑,避免了城市污水污泥二次污染和城市垃圾的潛在威脅。將城市固體廢物回用到自然中，在保護城市環(huán)境的同時，又解決了農(nóng)業(yè)上造成的偏施無機肥使土壤養(yǎng)分比例失調(diào)、土壤退化等問題,有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

　　(2)社會效益。把污泥、垃圾、粉煤灰綜合利用生產(chǎn)農(nóng)用有機復合肥,為農(nóng)業(yè)部門提供了優(yōu)質(zhì)、價廉、高效的生態(tài)肥料，也使作物增產(chǎn)增收，同時變廢為寶,既發(fā)展了環(huán)保產(chǎn)業(yè)，同時也為城市增加了新的就業(yè)機會。

　　(3)經(jīng)濟效益。若按年產(chǎn)5萬t的生產(chǎn)能力進行經(jīng)濟核算，按照本研究的方法生產(chǎn)出的有機復合肥成本價為800～850元/t，而市售高效三元復合肥市場售價一般為1 100～1 200元/t ，因此本研究的有機復合肥有較好的經(jīng)濟效益，市場應用前景良 謾?

　　參考文獻

　　1 R D Davis. The impact of EV and UK environmental pressures on the future of sludge treatment and disposal. Water Environ Manage, 1996, 10(2): 65～69

　　2 韋朝海，陳傳好. 污泥處理、處置與利用的研究現(xiàn)狀分析. 城市環(huán)境與城市生態(tài)， 1998，11（4）：10～13

　　3 馮亞斌，陳全. 關于我國垃圾填埋廠目前存在問題的探討.環(huán)境保護，2000，(10)：14 ～16

　　4 吳鴻鈞. 城市垃圾處理技術及應用前景. 環(huán)境保護，2000，(12)：14～16

　　5 廖宗文. 工業(yè)廢物的農(nóng)用資源化：理論、技術和實踐. 北京：中國環(huán)境科學技術出版社，1996

　　6 楊麗芬，李友虎. 環(huán)保工作者實用手冊. 北京：冶金工業(yè)出版社

　　◇作者通訊處：541004 廣西桂林工學院資源與環(huán)境工程系
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