利用城市固体废弃物生产有机复合肥施用效果研究

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简介： 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。
关键字：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　45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13.30 446.75   市售复合肥13.34050053.25 11.9 有机复合肥13.335504.2557.512.9

　　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13.30408　    市售复合肥13.340460.552.512.9 有机复合肥*13.3404837518.4 有机复合肥*13.3404867819.1

　　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15750335304903 市售复合肥24.020075033891519322 有机复合肥24.0160750340586336.529

　　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 CrNi Zn 污水处理厂污泥 37.0 0.8538413659498453 国家农用污泥标准［6］7515100050010002001000 城市垃圾75.71.16390.3162.3157.356.8352 城镇垃圾农用标准［6］303100    300    粉煤灰301.1241046180  71 农用粉煤灰标准［6］7510500500500   

　　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 1119.3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

　　◇作者通讯处：541004 广西桂林工学院资源与环境工程系
　　○电话：(0773)5828097
　　○龙腾锐　姜文超 400045 重庆大学B区 城市建设与环境工程学院