利用城市固體廢棄物生產有機復合肥施用效果研究
摘要：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、鉀等營養成份和大量有機質，可以充分利用到農業生產中，將污泥、垃圾和粉煤灰按4∶5∶1配比堆肥發酵，并根據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效果，并可以改善土壤結構，提高土壤的肥力。
關鍵詞：污水處理廠污泥 生活垃圾 粉煤灰 有機復合肥
為保護環境，我國近幾年建設了大量的污水處理廠，相應地產生了大量的污水污泥，據統計英、美兩國在過去的幾年中污泥每年增長5%～10%，年產干污泥分別達到1.7×106 t和 9×106 t[1]。我國每年產生的污水污泥達到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，極有可能產生二次污染現象。1998年我國668座城市共產生城市生活垃圾達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，再經過40～50 d的厭氧堆肥發酵，這些物質中有機物基本上轉化為較為穩定的腐殖質，而且其中的臭味全部去除，外觀呈松散狀。將堆肥成品經 自然 干化、烘干后和經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業 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，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+等養分產生吸附和調節作用，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，減少養分的淋失，特別在南方高溫多雨的條件下，在缺乏有機質的瘦土、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。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合在一起，這比先施有機肥、后施化肥的傳統施肥方法優越，傳統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。
考慮到廣西地區的土壤特征，結合桂林市污泥、垃圾的特點，根據廣西地區主要農作物為水稻和甘蔗。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比例
|
成份
|
堆肥產品
|
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
|
4
|
5
|
|
甘蔗用
|
14.3
|
4
|
5
|
2 有機復合肥的增產效果
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%。筆者在桂林市農業科學研究所的協助下對早稻、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，平均增產約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于市售三元復合肥。
表3 施肥后晚稻的產量情況(1畝=666 m2)
|
處理
|
試驗面積(m2}
|
肥料施用量
(kg/畝) |
試驗區水稻平均產量
(kg/畝) |
較對照區增產
|
|
|
(kg/畝)
|
(%)
|
||||
|
對照組
|
13.3
|
0
|
446.75
|
|
|
|
市售復合肥
|
13.3
|
40
|
500
|
53.25
|
11.9
|
|
有機復合肥
|
13.3
|
35
|
504.25
|
57.5
|
12.9
|
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約18%～19%，而市售高效三元復合肥比對照組增產約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 施肥后早稻產量情況(1畝=666 m2)
|
處理
|
試驗面積(m2}
|
肥料施用量
(kg/畝) |
試驗區水稻平均產量
(kg/畝) |
較對照區增產
|
|
|
(kg/畝)
|
(%)
|
||||
|
對照區
|
13.30
|
408
|
|
|
|
|
市售復合肥
|
13.3
|
40
|
460.5
|
52.5
|
12.9
|
|
有機復合肥*
|
13.3
|
40
|
483
|
75
|
18.4
|
|
有機復合肥*
|
13.3
|
40
|
486
|
78
|
19.1
|
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、產量均有較大幅度增加，見表5。
表5 施用肥料后甘蔗的產量情況(1畝=666 m2)
|
處 理
|
試驗面積
(m2) |
肥料施用量
(kg/畝) |
下種數
(顆/畝) |
出苗數
(顆/畝) |
試驗組甘蔗平均產量
(kg/畝) |
增產
(%) |
|
混合肥
|
24.0
|
尿素50；
鈣鎂磷肥53.5； 氯化鉀15 |
7503
|
3530
|
4903
|
|
|
市售復合肥
|
24.0
|
200
|
7503
|
3891
|
5193
|
22
|
|
有機復合肥
|
24.0
|
160
|
7503
|
4058
|
6336.5
|
29
|
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 廢水接入城市排水管網，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
|
Cr
|
Ni
|
Zn
|
|
污水處理廠污泥
|
37.0
|
0.85
|
384
|
136
|
594
|
98
|
453
|
|
國家農用污泥標準［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
|
|
城鎮垃圾農用標準［6］
|
30
|
3
|
100
|
|
300
|
|
|
|
粉煤灰
|
30
|
1.12
|
410
|
46
|
180
|
|
71
|
|
農用粉煤灰標準［6］
|
75
|
10
|
500
|
500
|
500
|
|
|
注：數據單位為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
|
11
|
19.3
|
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數據單位為mg/kg;②"-"表示含量小于0.005;③數據由原中南工業大學重點實驗室測定， 分析 方法 均為等離子-原子發射光譜法。
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)環境效益。利用城市污水污泥和生活垃圾堆肥后生產有機復合肥，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，在保護城市環境的同時，又解決了農業上造成的偏施無機肥使土壤養分比例失調、土壤退化等問題,有利于農業生態環境良性循環和農業 經濟 的可持續 發展 。
(2) 社會 效益。把污泥、垃圾、粉煤灰綜合利用生產農用有機復合肥,為農業部門提供了優質、價廉、高效的生態肥料，也使作物增產增收，同時變廢為寶,既發展了環保產業，同時也為城市增加了新的就業機會。
(3)經濟效益。若按年產5萬t的生產能力進行經濟核算，按照本研究的方法生產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狀分析. 城市環境與城市生態， 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. 環境保護，2000，(12)：14～16
5 廖宗文. 工業廢物的農用資源化： 理論 、技術和實踐. 北京： 中國 環境 科學 技術出版社，1996
6 楊麗芬，李友虎. 環保工作者實用手冊. 北京：冶金工業出版社
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