利用城市固体废弃物生产有机复合肥施用效果研究
摘要：城市污水处理厂污泥和生活垃圾及粉煤灰富含作物生长所需的氮、磷、钾等营养成份和大量有机质，可以充分利用到农业生产中，将污泥、垃圾和粉煤灰按4∶5∶1配比堆肥发酵，并根据地域特点研制水稻和甘蔗有机复合肥。田间试验表明，制成的有机复合肥对水稻和甘蔗均有较好的增产效果，并可以改善土壤结构，提高土壤的肥力。
关键词：污水处理厂污泥 生活垃圾 粉煤灰 有机复合肥
为保护环境，我国近几年建设了大量的污水处理厂，相应地产生了大量的污水污泥，据统计英、美两国在过去的几年中污泥每年增长5%～10%，年产干污泥分别达到1.7×106 t和 9×106 t[1]。我国每年产生的污水污泥达到1亿t[2]以上(湿污泥)。由于污泥中含有大量的有害物质及细菌、各种寄生虫卵、大量的病原微生物等，热值低、含水率偏高，极有可能产生二次污染现象。1998年我国668座城市共产生城市生活垃圾达1.2亿t[3]，而我国城市生活垃圾的增长速度为10%左右[4]，这些城市固体废弃物的处置 方法 主要有焚烧、填埋、投海、烧砖、筑路等，这些处置方法均有较大的弊端，如费用高、能耗大或卫生 问题 等。因此利用其堆肥制造成有机复合肥，走资源化利用之路，对今后合理利用城市固体废弃物具有重要的现实意义。
将污泥、垃圾和粉煤灰按4∶5∶1的配比先常温下好氧堆肥15 d，再经过40～50 d的厌氧堆肥发酵，这些物质中有机物基本上转化为较为稳定的腐殖质，而且其中的臭味全部去除，外观呈松散状。将堆肥成品经 自然 干化、烘干后和经过配方计量所需的无机肥料氮、磷、钾肥及部分微量元素等混合后进行粉碎造粒，最后制成有机复合肥。
堆肥试验自1998年6月至9月，历时3个多月。堆肥期间，通过记录温度和测量堆料中氧浓度的变化情况，相应改变通风量大小，以保证最佳堆肥效果。并于1999年至2000年将研制好的有机复合肥送桂林市农业 科学 研究 所分别对早稻、晚稻和甘蔗进行田间试验，验证施用效果。
1 城市固体废弃物制造有机复合肥的肥效
城市固体废弃物制造的有机复合肥中含有大量的有机质，它会增加土壤中负电荷及促进微生物活动，通过化学、电化学及生物化学作用，对NH4+，K+等养分产生吸附和调节作用，速效成分快而不猛，与其中的缓效成分配合得当，肥效快而持久，可避免施用化肥那种"大起大落"不均衡供肥的毛病，还可以增强保肥力，减少养分的淋失，特别在南方高温多雨的条件下，在缺乏有机质的瘦土、沙土上，有机复合肥的保肥力特别明显。另外有机复合肥还可以活化土壤中的N，P，K及Si，Mn，Zn等成分，提高有效性，改善土壤理化性质。有研究[5]认为，施用有机复合肥存在着时空效应，有机复合肥中有机无机成分具有同时间、共空间的特点，即有机复合肥中的有机无机成分从一开始就结合在一起，这比先施有机肥、后施化肥的传统施肥方法优越，传统方式即使同时施用有机肥和无机肥，有机无机成分在土壤中的空间分布上也有差异，远不如有机复合肥均匀。
考虑到广西地区的土壤特征，结合桂林市污泥、垃圾的特点，根据广西地区主要农作物为水稻和甘蔗。因此本研究选取水稻和甘蔗作为主试作物，分别研制了供水稻和甘蔗施用的有机复合肥。要满足作物对N，P，K需求,污泥的添加量一般不会超过40%,这样对于直接施用污泥垃圾堆肥产品时,重金属的含量可减少一半,试验时采用的配比见表1。
表1 有机复合肥中主要物质比例
|
成份
|
堆肥产品
|
过磷酸钙
|
尿素
|
钾肥
|
|
比例(%)
|
29～33
|
26～28
|
23～25
|
18～20
|
从表1可以看出,污泥垃圾的添加量未占到1/3,最后生产出的两种有机复合肥的肥效成分见表2。
表2 两种有机复合肥的成分
|
肥料种类
|
N(%)
|
P2O5(%)
|
K2O(%)
|
|
水稻用
|
11
|
4
|
5
|
|
甘蔗用
|
14.3
|
4
|
5
|
2 有机复合肥的增产效果
研制的两种有机复合肥的成分完全满足国家有机复合肥的标准，即N，P，K总量(N+P2O 5+K2O)≥18%。笔者在桂林市农业科学研究所的协助下对早稻、晚稻、甘蔗等作物进行了作物田间施肥试验。从表3可知，对于晚稻施用有机复合肥和市售高效三元复合肥均比对照组增产，平均增产约12%，有机复合肥比市售三元复合肥每亩少施5 kg，因此有机复合肥肥效略优于市售三元复合肥。
表3 施肥后晚稻的产量情况(1亩=666 m2)
|
处理
|
试验面积(m2}
|
肥料施用量
(kg/亩) |
试验区水稻平均产量
(kg/亩) |
较对照区增产
|
|
|
(kg/亩)
|
(%)
|
||||
|
对照组
|
13.3
|
0
|
446.75
|
|
|
|
市售复合肥
|
13.3
|
40
|
500
|
53.25
|
11.9
|
|
有机复合肥
|
13.3
|
35
|
504.25
|
57.5
|
12.9
|
注：市售高效三元复合肥肥效成分为N∶P2O5∶K2O=13%～15%∶7%∶3%。
对于早稻,我们也进行了试验。在同一水平下,有机复合肥比对照组增产约18%～19%，而市售高效三元复合肥比对照组增产约13%，有机复合肥的肥效比市售三元复合肥高6个百分点，见表4。
表4 施肥后早稻产量情况(1亩=666 m2)
|
处理
|
试验面积(m2}
|
肥料施用量
(kg/亩) |
试验区水稻平均产量
(kg/亩) |
较对照区增产
|
|
|
(kg/亩)
|
(%)
|
||||
|
对照区
|
13.30
|
408
|
|
|
|
|
市售复合肥
|
13.3
|
40
|
460.5
|
52.5
|
12.9
|
|
有机复合肥*
|
13.3
|
40
|
483
|
75
|
18.4
|
|
有机复合肥*
|
13.3
|
40
|
486
|
78
|
19.1
|
注：① *号表示为两平行试验;
②市售三元复合肥成分为N∶P2O5∶K2O=13%∶5% ∶7%。
有机复合肥对甘蔗的生长有更加明显的促进作用，甘蔗的出苗数、产量均有较大幅度增加，见表5。
表5 施用肥料后甘蔗的产量情况(1亩=666 m2)
|
处 理
|
试验面积
(m2) |
肥料施用量
(kg/亩) |
下种数
(颗/亩) |
出苗数
(颗/亩) |
试验组甘蔗平均产量
(kg/亩) |
增产
(%) |
|
混合肥
|
24.0
|
尿素50；
钙镁磷肥53.5； 氯化钾15 |
7503
|
3530
|
4903
|
|
|
市售复合肥
|
24.0
|
200
|
7503
|
3891
|
5193
|
22
|
|
有机复合肥
|
24.0
|
160
|
7503
|
4058
|
6336.5
|
29
|
注：① 肥料施用量以亩施氮量为标准;
② 市售高效三元复合肥的成分为N∶P2O5∶K 2O=13%∶7%∶5%。
3 施用有机复合肥的安全 问题
3.1 城市固体废弃物中重金属问题
对于我国大部分大城市,由于 工业 废水接入城市排水管网，因此会造成污水污泥中某些重金属离子的含量偏高。城市垃圾和粉煤灰中也存在着某些重金属离子偏高的问题。在处理这类城市固体废弃物时应谨慎对待,避免由于重金属而引起二次污染。桂林市属于 旅游 城市，重工业少，城市污水厂主要以处理生活污水为主，正常情况下不存在重金属离子超标问题，城市垃圾也基本满足要求，见表6。
表6 城市固体废弃物中金属离子含量
|
组 分
|
As
|
Cd
|
Pb
|
Cu
|
Cr
|
Ni
|
Zn
|
|
污水处理厂污泥
|
37.0
|
0.85
|
384
|
136
|
594
|
98
|
453
|
|
国家农用污泥标准［6］
|
75
|
15
|
1000
|
500
|
1000
|
200
|
1000
|
|
城市垃圾
|
75.7
|
1.16
|
390.3
|
162.3
|
157.3
|
56.8
|
352
|
|
城镇垃圾农用标准［6］
|
30
|
3
|
100
|
|
300
|
|
|
|
粉煤灰
|
30
|
1.12
|
410
|
46
|
180
|
|
71
|
|
农用粉煤灰标准［6］
|
75
|
10
|
500
|
500
|
500
|
|
|
注：数据单位为mg/kg。
从表6可以看出，桂林市污水污泥中重金属含量完全符合国家农用污泥标准，可以在每666 m2中以2 000 kg的施用量长期施用。城市垃圾也基本满足国家标准,粉煤灰由于只作为添加剂，故其重金属含量不会带来直接 影响 。本 研究 用堆肥物料进行堆肥时,污泥为40%,垃圾为5 0%，粉煤灰为10%，其堆肥成品在制作的有机复合肥中用量为29%～33%左右,所以成品肥料中重金属的含量不会超标。
3.2 有机复合肥农用重金属安全性
为确定施用有机复合肥是否安全，在有机复合肥、市售高效三元复合肥进行肥效试验时，采集了稻茎和稻谷样品测定其重金属含量，见表7。
表7 水稻稻茎、稻谷中重金属元素含量
|
样品
|
As
|
Cd
|
Cr
|
Cu
|
Ni
|
Pb
|
Zn
|
备注
|
|
有机复合肥
|
-
|
0.023
|
9.3
|
15
|
8
|
11
|
19.3
|
稻谷中
|
|
市售复合肥
|
-
|
0.01
|
8
|
12
|
7
|
8
|
20
|
|
|
对照组
|
-
|
0.023
|
10
|
14
|
9
|
9.3
|
34.3
|
|
|
有机复合肥
|
-
|
0.04
|
22
|
55
|
14
|
15
|
59
|
稻茎中
|
|
市售复合肥
|
-
|
0.05
|
25
|
18
|
13
|
16
|
67
|
|
|
对照组
|
-
|
0.057
|
33
|
20
|
17
|
20.3
|
77.7
|
注：①数据单位为mg/kg;②"-"表示含量小于0.005;③数据由原中南工业大学重点实验室测定， 分析 方法 均为等离子-原子发射光谱法。
从表7中可以看出,在水稻的稻谷和稻茎中，重金属元素含量均无明显差异，表明施用有机复合肥不会造成重金属在植物体内和果实中蓄积，进一步说明施用有机复合肥是安全的。由于肥料中重金属含量没有超过国家农用标准，故本研究未对土壤中重金属的变动情况进行测定。
4 效益分析
(1)环境效益。利用城市污水污泥和生活垃圾堆肥后生产有机复合肥，大大减少蚊蝇等的滋生机会，降低病原菌存活时间，切断了病原菌传播到人类的途径,避免了城市污水污泥二次污染和城市垃圾的潜在威胁。将城市固体废物回用到 自然 中，在保护城市环境的同时，又解决了农业上造成的偏施无机肥使土壤养分比例失调、土壤退化等问题,有利于农业生态环境良性循环和农业 经济 的可持续 发展 。
(2) 社会 效益。把污泥、垃圾、粉煤灰综合利用生产农用有机复合肥,为农业部门提供了优质、价廉、高效的生态肥料，也使作物增产增收，同时变废为宝,既发展了环保产业，同时也为城市增加了新的就业机会。
(3)经济效益。若按年产5万t的生产能力进行经济核算，按照本研究的方法生产出的有机复合肥成本价为800～850元/t，而市售高效三元复合肥市场售价一般为1 100～1 200元/t ，因此本研究的有机复合肥有较好的经济效益，市场 应用 前景良 谩?
参考 文献
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 韦朝海，陈传好. 污泥处理、处置与利用的研究现状分析. 城市环境与城市生态， 1998，11(4)：10～13
3 冯亚斌，陈全. 关于我国垃圾填埋厂 目前 存在问题的探讨.环境保护，2000，(10)：14 ～16
4 吴鸿钧. 城市垃圾处理技术及应用前景. 环境保护，2000，(12)：14～16
5 廖宗文. 工业废物的农用资源化： 理论 、技术和实践. 北京： 中国 环境 科学 技术出版社，1996
6 杨丽芬，李友虎. 环保工作者实用手册. 北京：冶金工业出版社
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