【摘要】：我國(guó)是畜禽養(yǎng)殖大國(guó),大量產(chǎn)生的畜禽糞便成為有機(jī)肥生產(chǎn)的重要原料。但是畜禽糞便有機(jī)肥往往出現(xiàn)重金屬含量超標(biāo)的現(xiàn)象,不僅加大了土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn),而且還可能被作物吸收,對(duì)人體健康帶來(lái)一定的危害,這成為制約有機(jī)肥生產(chǎn)的瓶頸因素。因此如何實(shí)現(xiàn)對(duì)畜禽糞便有機(jī)肥制備過(guò)程中重金屬活性的阻控,對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展均具有重要意義。本研究首先對(duì)華北平原畜禽糞便有機(jī)肥重金屬進(jìn)行溯源分析,在明確有機(jī)肥重金屬超標(biāo)的基礎(chǔ)上,以豬糞為研究對(duì)象,通過(guò)設(shè)置不同的發(fā)酵工藝、優(yōu)化工藝參數(shù)、添加調(diào)理劑和添加鈍化材料處理,系統(tǒng)研究了有機(jī)肥制備過(guò)程中理化性質(zhì)的變化、重金屬形態(tài)的轉(zhuǎn)化特性及其鈍化效果。取得的主要研究成果如下:1.以華北平原為研究范圍,通過(guò)對(duì)畜禽糞便、商品有機(jī)肥、養(yǎng)殖場(chǎng)飼料進(jìn)行抽樣調(diào)查和分析測(cè)試,利用主成分分析法對(duì)重金屬進(jìn)行了溯源分析。結(jié)果表明,商品有機(jī)肥中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As、Ni平均含量分別為69.22、87.40、274.58、0.21、45.42、0.33、3.21、16.50 mg/kg,其中Pb超標(biāo)率達(dá)80.56%;畜禽糞便中各重金屬平均含量分別為301.6、27.2、736.3、0.04、57.7、0.016、1.6、9.4 mg/kg,Cr、Pb、As超標(biāo)比例分別為2.17%、13.04%、2.17%;養(yǎng)殖場(chǎng)飼料中各重金屬平均含量分別為87.03、6.32、297.90、0.02、13.89、0.01、0.65、3.00 mg/kg,Cu、Zn、Pb、Cr超標(biāo)比例分別為60.38%、54.72%、41.51%、39.62%。主成分分析和相關(guān)性分析結(jié)果表明,有機(jī)肥中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于高Cu、Pb、Zn、Hg飼料的使用。2.明確了不同發(fā)酵工藝(自然通風(fēng)發(fā)酵、強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵和厭氧干發(fā)酵)對(duì)堆肥重金屬活性的影響。隨發(fā)酵進(jìn)程的推進(jìn),強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵高溫期溫度高于50°C,持續(xù)期約10天,堆肥結(jié)束后p H值維持在8.0左右,電導(dǎo)率(EC)小于2 m S/cm,種子發(fā)芽率指數(shù)(GI)達(dá)到117%,理化性質(zhì)指標(biāo)均顯著優(yōu)于自然通風(fēng)發(fā)酵和厭氧干發(fā)酵。不同發(fā)酵工藝處理對(duì)重金屬Cu、Zn、Pb的形態(tài)變化均有顯著影響,三種不同發(fā)酵工藝的鈍化能力從大到小依次為強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵自然發(fā)酵厭氧干發(fā)酵,強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵處理對(duì)Cu、Zn、Pb的鈍化率分別達(dá)到45.42%、46.29%、38.35%。3.明確了不同工藝參數(shù)(含水率、通風(fēng)速率、發(fā)酵周期)對(duì)堆肥重金屬活性的影響。通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥實(shí)驗(yàn),調(diào)整初始含水率值為60%、65%、70%,通風(fēng)率為0.05、0.1、0.2 m3/min·m3,發(fā)酵周期為20 d、35 d、50 d。結(jié)果表明,不同工藝參數(shù)對(duì)堆肥理化性質(zhì)均有顯著影響。對(duì)重金屬Cu、Pb、Zn分配率的方差分析表明,通風(fēng)速率顯著影響可交換態(tài)Cu(p=0.02)和Pb(p=0.040)的鈍化效果,而含水率顯著影響可交換態(tài)Zn(p=0.009)的鈍化效果。本研究選取較優(yōu)化的發(fā)酵工藝參數(shù)為初始含水率65%、通風(fēng)速率0.1 m3/min·m3、發(fā)酵周期50天和初始含水率65%、通風(fēng)速率0.2 m3/min·m3、發(fā)酵周期20天兩種,其發(fā)酵前期高溫持續(xù)期可分別達(dá)到12天和8天,堆肥結(jié)束后p H值分別為8.0和7.6,EC值分別為3.86和3.75 m S/cm,GI值分別為64.95%和144.05%。對(duì)可交換態(tài)Cu、Pb、Zn、Cd的鈍化率分別達(dá)到86.13%、52.37%、18.42%、40.37%和83.57%、63.46%、56.17%、46.41%。4.明確了添加不同調(diào)理劑(豬糞、豬糞+玉米秸稈、豬糞+木屑)對(duì)堆肥重金屬活性的影響。選取高溫好氧發(fā)酵工藝,調(diào)節(jié)物料含水率為65%,控制通風(fēng)率在0.2 m3/min·m3,發(fā)酵周期30 d。結(jié)果表明添加玉米秸稈和木屑能顯著提高堆肥的理化性質(zhì),發(fā)酵前期高溫持續(xù)時(shí)間能達(dá)到5天以上,堆肥結(jié)束后p H值分別為8.6和8.7,EC值分別為1.79和1.72 m S/cm,GI值分別為118%和142%。添加玉米秸稈對(duì)重金屬Cu、Pb、Zn、Cd的鈍化率分別為-3.9%、42.8%、-0.2%、73.2%,添加木屑處理鈍化率分別為60.5%、-18.1%、52.8%、89.9%。5.明確了添加不同鈍化材料(木屑生物炭、玉米秸稈炭、花生殼生物炭、福建腐殖酸、嘉博文腐殖酸、草炭)對(duì)堆肥重金屬活性的影響。利用豬糞、秸稈和不同鈍化材料進(jìn)行高溫好氧堆肥,研究了重金屬Cu、Pb、Zn、Cd不同形態(tài)的變化特征。結(jié)果表明,添加玉米秸稈炭、花生殼炭和福建腐殖酸未達(dá)到堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn),其中添加花生殼炭處理p H值低于6.0,添加花生殼炭和福建腐殖酸處理電導(dǎo)率顯著超過(guò)4.0 m S/cm,添加玉米秸稈炭、花生殼炭、福建腐殖酸處理GI值低于80%。不同鈍化材料對(duì)不同重金屬鈍化能力不同,添加木屑生物炭、玉米秸稈炭、花生殼炭、福建腐殖酸、嘉博文腐殖酸、草炭對(duì)重金屬Cu的鈍化率分別為0%、24.31%、65.79%、14.70%、47.78%、25.35%;對(duì)重金屬Pb的鈍化率分別為13.09%、57.20%、46.20%、-1.25%、47.54%、4.08%;對(duì)重金屬Zn的鈍化率分別為55.42%、18.08%、13.66%、-17.13%、64.94%、50.28%;對(duì)重金屬Cd的鈍化率分別為94.67%、49.93%、25.09%、47.39%、87.36%、-6.90%。綜合考慮,本試驗(yàn)選取木屑生物炭和嘉博文腐植酸作為堆肥重金屬鈍化材料較為理想。綜上所述,華北平原畜禽糞便和商品有機(jī)肥中Cr、Pb、As金屬含量超標(biāo),有機(jī)肥中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于飼料添加劑。通過(guò)一系列的優(yōu)化篩選:選取高溫好氧堆肥工藝,調(diào)整工藝參數(shù)為初始含水率65%、通風(fēng)速率0.2 m3/min·m3、發(fā)酵周期為20天,添加秸稈或木屑為調(diào)理劑,選擇木屑生物炭或嘉博文腐植酸為鈍化材料,有利于增強(qiáng)對(duì)堆肥重金屬的鈍化作用,該研究結(jié)果可為重金屬鈍化技術(shù)研發(fā)、畜禽糞便有機(jī)肥制備的規(guī)�；瘧�(yīng)用提供理論參考和技術(shù)支持。
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【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S141

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2265968