利用城市固體廢棄物生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥施用效果研究

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簡(jiǎn)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(zhǎng)所需的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)成份和大量有機(jī)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(diǎn)研制水稻和甘蔗有機(jī)復(fù)合肥。田間試驗(yàn)表明，制成的有機(jī)復(fù)合肥對(duì)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(guān)鍵字：污水處理廠污泥 生活垃圾 粉煤灰 有機(jī)復(fù)合肥

為保護(hù)環(huán)境，我國(guó)近幾年建設(shè)了大量的污水處理廠，相應(yīng)地產(chǎn)生了大量的污水污泥，據(jù)統(tǒng)計(jì)英、美兩國(guó)在過(guò)去的幾年中污泥每年增長(zhǎng)5%～10%，年產(chǎn)干污泥分別達(dá)到1.7×10⁶ t和 9×10⁶ t［1］。我國(guó)每年產(chǎn)生的污水污泥達(dá)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(xì)菌、各種寄生蟲(chóng)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(guó)668座城市共產(chǎn)生城市生活垃圾達(dá)1.2億t［3］，而我國(guó)城市生活垃圾的增長(zhǎng)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(fèi)用高、能耗大或衛(wèi)生問(wèn)題等。因此利用其堆肥制造成有機(jī)復(fù)合肥，走資源化利用之路，對(duì)今后合理利用城市固體廢棄物具有重要的現(xiàn)實(shí)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(guò)40～50 d的厭氧堆肥發(fā)酵，這些物質(zhì)中有機(jī)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(guò)配方計(jì)量所需的無(wú)機(jī)肥料氮、磷、鉀肥及部分微量元素等混合后進(jìn)行粉碎造粒，最后制成有機(jī)復(fù)合肥。

　　堆肥試驗(yàn)自1998年6月至9月，歷時(shí)3個(gè)多月。堆肥期間，通過(guò)記錄溫度和測(cè)量堆料中氧濃度的變化情況，相應(yīng)改變通風(fēng)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(jī)復(fù)合肥送桂林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所分別對(duì)早稻、晚稻和甘蔗進(jìn)行田間試驗(yàn)，驗(yàn)證施用效果。

　　1 城市固體廢棄物制造有機(jī)復(fù)合肥的肥效

　　城市固體廢棄物制造的有機(jī)復(fù)合肥中含有大量的有機(jī)質(zhì)，它會(huì)增加土壤中負(fù)電荷及促進(jìn)微生物活動(dòng)，通過(guò)化學(xué)、電化學(xué)及生物化學(xué)作用，對(duì)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(dāng)，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(qiáng)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(jī)質(zhì)的瘦土、沙土上，有機(jī)復(fù)合肥的保肥力特別明顯。另外有機(jī)復(fù)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(rèn)為，施用有機(jī)復(fù)合肥存在著時(shí)空效應(yīng)，有機(jī)復(fù)合肥中有機(jī)無(wú)機(jī)成分具有同時(shí)間、共空間的特點(diǎn)，即有機(jī)復(fù)合肥中的有機(jī)無(wú)機(jī)成分從一開(kāi)始就結(jié)合在一起，這比先施有機(jī)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(shí)施用有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥，有機(jī)無(wú)機(jī)成分在土壤中的空間分布上也有差異，遠(yuǎn)不如有機(jī)復(fù)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(diǎn)，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(jī)復(fù)合肥。要滿足作物對(duì)N，P，K需求,污泥的添加量一般不會(huì)超過(guò)40%,這樣對(duì)于直接施用污泥垃圾堆肥產(chǎn)品時(shí),重金屬的含量可減少一半,試驗(yàn)時(shí)采用的配比見(jiàn)表1。

　　表1　有機(jī)復(fù)合肥中主要物質(zhì)比例

成份堆肥產(chǎn)品過(guò)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(jī)復(fù)合肥的肥效成分見(jiàn)表2。

　　表2　兩種有機(jī)復(fù)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(jī)復(fù)合肥的增產(chǎn)效果

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

　　表3　施肥后晚稻的產(chǎn)量情況(1畝=666 m²)

處理試驗(yàn)面積(m²}肥料施用量
(kg/畝)試驗(yàn)區(qū)水稻平均產(chǎn)量
(kg/畝)較對(duì)照區(qū)增產(chǎn) (kg/畝)(%) 對(duì)照組13.30 446.75   市售復(fù)合肥13.34050053.25 11.9 有機(jī)復(fù)合肥13.335504.2557.512.9

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

　　對(duì)于早稻,我們也進(jìn)行了試驗(yàn)。在同一水平下,有機(jī)復(fù)合肥比對(duì)照組增產(chǎn)約18%～19%，而市售高效三元復(fù)合肥比對(duì)照組增產(chǎn)約13%，有機(jī)復(fù)合肥的肥效比市售三元復(fù)合肥高6個(gè)百分點(diǎn)，見(jiàn)表4。

　　表4　施肥后早稻產(chǎn)量情況(1畝=666 m²)

處理試驗(yàn)面積(m²}肥料施用量
(kg/畝)試驗(yàn)區(qū)水稻平均產(chǎn)量
(kg/畝)較對(duì)照區(qū)增產(chǎn) (kg/畝)(%) 對(duì)照區(qū)13.30408　    市售復(fù)合肥13.340460.552.512.9 有機(jī)復(fù)合肥*13.3404837518.4 有機(jī)復(fù)合肥*13.3404867819.1

　　注：① *號(hào)表示為兩平行試驗(yàn)；
　　?、谑惺廴獜?fù)合肥成分為N∶P₂O₅∶K₂O=13%∶5% ∶7%。

　　有機(jī)復(fù)合肥對(duì)甘蔗的生長(zhǎng)有更加明顯的促進(jìn)作用，甘蔗的出苗數(shù)、產(chǎn)量均有較大幅度增加，見(jiàn)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(yàn)面積
(m²)肥料施用量
(kg/畝)下種數(shù)
(顆/畝)出苗數(shù)
(顆/畝)試驗(yàn)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(fù)合肥24.020075033891519322 有機(jī)復(fù)合肥24.0160750340586336.529

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

　　3 施用有機(jī)復(fù)合肥的安全問(wèn)題

　　3.1 城市固體廢棄物中重金屬問(wèn)題

　　對(duì)于我國(guó)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(huì)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(wèn)題。在處理這類城市固體廢棄物時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)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(biāo)問(wèn)題，城市垃圾也基本滿足要求，見(jiàn)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(guó)家農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)［6］7515100050010002001000 城市垃圾75.71.16390.3162.3157.356.8352 城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)［6］303100    300    粉煤灰301.1241046180  71 農(nóng)用粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)［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(guó)家農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)，可以在每666 m²中以2 000 kg的施用量長(zhǎng)期施用。城市垃圾也基本滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),粉煤灰由于只作為添加劑，故其重金屬含量不會(huì)帶來(lái)直接影響。本研究用堆肥物料進(jìn)行堆肥時(shí),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(jī)復(fù)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(huì)超標(biāo)。

　　3.2 有機(jī)復(fù)合肥農(nóng)用重金屬安全性

　　為確定施用有機(jī)復(fù)合肥是否安全，在有機(jī)復(fù)合肥、市售高效三元復(fù)合肥進(jìn)行肥效試驗(yàn)時(shí)，采集了稻莖和稻谷樣品測(cè)定其重金屬含量，見(jiàn)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(jī)復(fù)合肥 - 0.023 9.3 15 8 1119.3稻谷中 市售復(fù)合肥 - 0.01 8 12 7 8 20 對(duì)照組 - 0.023 10 14 9 9.3 34.3 有機(jī)復(fù)合肥 - 0.04 22 55 14 15 59稻莖中 市售復(fù)合肥 - 0.05 25 18 13 16 67 對(duì)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(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(wú)明顯差異，表明施用有機(jī)復(fù)合肥不會(huì)造成重金屬在植物體內(nèi)和果實(shí)中蓄積，進(jìn)一步說(shuō)明施用有機(jī)復(fù)合肥是安全的。由于肥料中重金屬含量沒(méi)有超過(guò)國(guó)家農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，故本研究未對(duì)土壤中重金屬的變動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)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(jī)復(fù)合肥，大大減少蚊蠅等的滋生機(jī)會(huì)，降低病原菌存活時(shí)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(hù)城市環(huán)境的同時(shí)，又解決了農(nóng)業(yè)上造成的偏施無(wú)機(jī)肥使土壤養(yǎng)分比例失調(diào)、土壤退化等問(wèn)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(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

　　(2)社會(huì)效益。把污泥、垃圾、粉煤灰綜合利用生產(chǎn)農(nóng)用有機(jī)復(fù)合肥,為農(nóng)業(yè)部門(mén)提供了優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉、高效的生態(tài)肥料，也使作物增產(chǎn)增收，同時(shí)變廢為寶,既發(fā)展了環(huán)保產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也為城市增加了新的就業(yè)機(jī)會(huì)。

　　(3)經(jīng)濟(jì)效益。若按年產(chǎn)5萬(wàn)t的生產(chǎn)能力進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，按照本研究的方法生產(chǎn)出的有機(jī)復(fù)合肥成本價(jià)為800～850元/t，而市售高效三元復(fù)合肥市場(chǎng)售價(jià)一般為1 100～1 200元/t ，因此本研究的有機(jī)復(fù)合肥有較好的經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)應(yīng)用前景良 謾?

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