城市污泥是污水處理廠在廢水處理過(guò)程中所產(chǎn)生的沉淀物質(zhì),是由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒及膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和污水處理率的提高,城市污泥的產(chǎn)生量也在急劇增加,急需無(wú)害化處理和資源化處置,綜合比較各種污泥處置方式,污泥農(nóng)用是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。我國(guó)在建立基于污泥農(nóng)用研究的污染物的數(shù)據(jù)庫(kù)方面的科學(xué)積累嚴(yán)重不足；對(duì)污泥農(nóng)用后的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的研究還較為薄弱；缺少長(zhǎng)期定位田間試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果；另外,由于城市污泥農(nóng)用引起的氮、磷對(duì)土壤的污染風(fēng)險(xiǎn)也沒(méi)有通過(guò)長(zhǎng)期田間試驗(yàn)研究來(lái)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；以上問(wèn)題皆是當(dāng)前迫切需要解決的課題。 本研究針對(duì)我國(guó)城市污泥的合理施用及我國(guó)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定中尚須解決的問(wèn)題,通過(guò)代表性的石灰性土田間試驗(yàn),研究施用污泥對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量及作物生長(zhǎng)的影響,確定污泥的安全、適宜用量,評(píng)估污泥施用的環(huán)境和農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn),為污泥農(nóng)用的可行性研究提供科學(xué)依據(jù)；通過(guò)對(duì)污泥農(nóng)用的痕量元素土壤—植物間的轉(zhuǎn)移系數(shù)的采集及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立,探討了物種敏感性分布法在農(nóng)用污泥中鎘的閾值與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究中的應(yīng)用,為城市污泥安全合理農(nóng)用和我國(guó)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本研究主要獲得以下研究結(jié)果： 以北京為例,研究了城市污泥中養(yǎng)分和痕量元素的動(dòng)態(tài)變化,其結(jié)果顯示北京市污泥呈高氮磷、低鉀的特點(diǎn),養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)含量及pH均符合農(nóng)業(yè)行業(yè)有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2002)。北京市污泥中Zn、Cu、Cr、Pb、Ni、As、Hg、Cd的含量平均值依次為1075、96、78、39、33、13.6、10、1.6mg kg-1,污泥痕量元素Cr、Cu、Cd、Ni、Pb和As的含量都遠(yuǎn)低于農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T 309-2009),但Zn含量接近A級(jí)污泥限值(1500 mgkg-1),Hg含量高于A級(jí)污泥限值(3 mg kg-1)。北京市污泥中的風(fēng)險(xiǎn)元素是Zn和Hg,特別是Hg,是中國(guó)城市污泥中Hg平均含量的3.6倍,北京市污泥農(nóng)用要注意Hg的污染。 選用山東德州田間位點(diǎn)進(jìn)行了為期5年的污泥農(nóng)用田間試驗(yàn),研究結(jié)果顯示施加污泥處理增加小麥、玉米籽粒中總氮(TN)、總磷(TP)含量,且施加污泥處理的作物產(chǎn)量維持在一個(gè)較高水平,其效果如同施加氮肥、雞糞的處理；根據(jù)污泥施用后的小麥、玉米的籽粒產(chǎn)量效應(yīng)函數(shù)得出小麥、玉米當(dāng)年的最佳施肥量為18t ha1yr-1。 在小麥-玉米輪作系統(tǒng)中,基于作物對(duì)氮的需求施用污泥到土壤中會(huì)導(dǎo)致土壤磷的累積,土壤中施加可溶性磷肥與施加污泥在土壤有效磷(Olsen-P)的累積方面有相似的趨勢(shì)；在小麥-玉米輪作的石灰性土壤中,在施用78.6-1274千克污泥磷范圍內(nèi),建立了以土壤起始的Olsen-P濃度、污泥磷的施用量、作物產(chǎn)量、土壤pH和耕作時(shí)間為參數(shù)的模型來(lái)預(yù)測(cè)土壤Olsen-P的濃度和磷的累積速率。 德州石灰性土壤經(jīng)過(guò)5年的污泥施加,耕層(0-20 cm)土壤中所有8種痕量元素含量均顯著性的增加,尤其是Zn、Cu、Cd和Hg四種元素；而雞糞處理的土壤中痕量元素含量則沒(méi)有顯著變化；土壤中Zn、Cu、Cd、Hg的含量(mgkg-1)與土壤中污泥施加量(t ha-1)之間存在著顯著的線性回歸關(guān)系,土壤中每年每公頃增施1噸污泥,土壤中Zn、Cu、Cd,Hg含量分別增加1.10、0.128、0.00099、0.0062 mg kg-1；按照農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T309-2009)每年施用7.5 t ha-1污泥的情況下,土壤中Hg含量達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—1995)所需要的年限為最短(18年),其次是Zn(30年),其它痕量元素所需年限較長(zhǎng)(30年)。 施用污泥處理顯著增加了小麥和玉米籽粒中Zn的含量。小麥和玉米籽粒中除Cr、Pb個(gè)別處理超過(guò)國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762-2005)外,其他元素含量均達(dá)標(biāo)。小麥、玉米籽粒對(duì)痕量元素的BCF均小于0.5,小麥籽粒對(duì)痕量元素的BCF大小順序?yàn)椋篫n＞Cu＞Cd＞Cr、Hg＞Pb＞Ni＞As;玉米籽粒對(duì)痕量元素的BCF大小順序?yàn)椋篫n＞Cu＞Cd＞Cr＞Pb＞Hg＞Ni＞As。 利用轉(zhuǎn)移系數(shù)和物種敏感性分布研究了農(nóng)用污泥中鎘的閾值,研究結(jié)果顯示土壤鎘閾值(HC5值)主要受土壤pH和有機(jī)碳含量(OC)的影響,pH是最主要的影響因子,可控制HC5值變異的62.7%,OC可控制HC5值變異的25.2%。通過(guò)土壤鎘HC5值與土壤pH和OC的關(guān)系建立的預(yù)測(cè)模型能較好地預(yù)測(cè)不同類(lèi)型土壤中的鎘閾值,為土壤鎘生態(tài)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定和執(zhí)行提供科學(xué)基礎(chǔ)�；谕寥揽傛k含量限制的污泥農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的建立較好地控制不同類(lèi)型土壤中的施加污泥的總量及污泥的總鎘含量限制,為城市污泥安全合理農(nóng)用提供理論依據(jù)。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)：在我國(guó)首次利用長(zhǎng)期定位田間試驗(yàn)研究了污泥農(nóng)用對(duì)小麥-玉米輪作體系的影響,利用量化模型研究了污泥養(yǎng)分元素和重金屬元素在土壤與植物體系中的積累及轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律；基于污泥農(nóng)用的Cd的BCF數(shù)據(jù),構(gòu)建了Cd在不同類(lèi)型土壤中的SSD曲線,探討SSD法在農(nóng)用污泥中Cd的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究中的應(yīng)用,并提出了污泥中痕量元素首要控制因素,限量標(biāo)準(zhǔn)和使用年限,為污泥資源化利用提供了可靠的依據(jù)。
【學(xué)位單位】：首都師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類(lèi)】：X703
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
圖目錄
表目錄
第一章 綜述
    引言
    1.1 城市污泥的性質(zhì)
        1.1.1 有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分
        1.1.2 重金屬
        1.1.3 城市污泥中的有機(jī)污染物
    1.2 城市污泥農(nóng)用的環(huán)境效應(yīng)
        1.2.1 污泥農(nóng)用對(duì)土壤性質(zhì)的影響
        1.2.2 污泥農(nóng)用對(duì)土壤重金屬及其生物有效性的影響
        1.2.3 污泥中有機(jī)物對(duì)環(huán)境的影響
    1.3 我國(guó)城市污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的研究進(jìn)展
第二章 研究?jī)?nèi)容與方法
    2.1 研究?jī)?nèi)容
    2.2 研究技術(shù)路線
    2.3 試驗(yàn)材料與方法
        2.3.1 試驗(yàn)位點(diǎn)、氣候及土壤性質(zhì)
        2.3.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.3.3 田間試驗(yàn)管理
        2.3.4 試驗(yàn)樣品采集和制備
            2.3.4.1 土壤樣品的采集和制備
            2.3.4.2 植物樣品的采集和制備
        2.3.5 試驗(yàn)樣品的分析、測(cè)定
            2.3.5.1 土壤樣品的分析
            2.3.5.2 植物樣品分析
        2.3.6 數(shù)據(jù)分析
第三章 城市污泥的主要性質(zhì)和元素組成的動(dòng)態(tài)變化-以北京為例
    引言
    3.1 北京城市污泥養(yǎng)分含量、有機(jī)質(zhì)及pH動(dòng)態(tài)變化
    3.2 北京市污泥痕量元素含量動(dòng)態(tài)分析
    3.3 北京市污泥農(nóng)用的Hg污染風(fēng)險(xiǎn)
    3.4 小結(jié)
第四章 污泥不同用量對(duì)作物產(chǎn)量和作物養(yǎng)分含量的影響
    引言
    4.1 污泥施用對(duì)小麥產(chǎn)量的影響
        4.1.1 小麥籽粒產(chǎn)量
        4.1.2 小麥生物產(chǎn)量
    4.2 污泥施用對(duì)小麥養(yǎng)分吸收量的影響
    4.3 污泥施用對(duì)玉米產(chǎn)量的影響
        4.3.1 玉米籽粒產(chǎn)量
        4.3.2 玉米生物產(chǎn)量
    4.4 玉米養(yǎng)分吸收量
    4.5 作物產(chǎn)量效應(yīng)與污泥施用量
        4.5.1 小麥產(chǎn)量效應(yīng)與污泥施用量
        4.5.2 玉米產(chǎn)量效應(yīng)與污泥施用量
    4.6 小結(jié)
第五章 污泥農(nóng)用對(duì)土壤中氮、磷的平衡及累積影響
    引言
    5.1 試驗(yàn)材料與方法
        5.1.1 材料與方法
        5.1.2 公式計(jì)算
        5.1.3 數(shù)據(jù)分析
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 施加污泥的土壤中氮的輸入輸出平衡
        5.2.2 施加污泥對(duì)作物和土壤中氮的影響
        5.2.3 施加污泥的土壤中磷的輸入輸出平衡
        5.2.4 施加污泥對(duì)作物和土壤中磷的影響
    5.3 討論
    5.4 小結(jié)
第六章 污泥農(nóng)用對(duì)土壤中痕量元素的累積影響及其模型研究
    引言
    6.1 材料與方法
        6.1.1 供試材料
        6.1.2 方法與試驗(yàn)
    6.2 結(jié)果與分析
        6.2.1 施加污泥對(duì)土壤痕量元素含量的影響
        6.2.2 污泥痕量元素在石灰性土壤中的累積模型
    6.3 討論
    6.4 小結(jié)
第七章 長(zhǎng)期施用污泥對(duì)作物痕量元素含量及其土壤—作物轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響
    引言
    7.1 材料與方法
        7.1.1 供試材料
        7.1.2 方法與試驗(yàn)
        7.1.3 數(shù)據(jù)分析
    7.2 結(jié)果與分析
        7.2.1 施加污泥對(duì)小麥籽粒痕量元素含量的影響
        7.2.2 施加污泥對(duì)玉米籽粒痕量元素含量的影響
        7.2.3 施加污泥對(duì)痕量元素在土壤-小麥、玉米籽粒中累積及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響
    7.3 討論
    7.4 小結(jié)
第八章 物種敏感性分布在污泥農(nóng)用土壤鎘的閾值建立與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究
    引言
    8.1 材料與方法
        8.1.1 污泥鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)的篩選與處理
        8.1.2 基于污泥農(nóng)用的鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)數(shù)據(jù)的歸一化處理
        8.1.3 物種敏感性分布擬合函數(shù)的選取
    8.2 結(jié)果與討論
        8.2.1 各物種鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)的分布函數(shù)的比較與確定
        8.2.2 歸一化與未歸一化的物種敏感性分布曲線比較
        8.2.3 不同性質(zhì)土壤中鎘的5%危害濃度（HC5）值
        8.2.4 土壤性質(zhì)對(duì)5%危害濃度（HC5）值的影響
        8.2.5 土壤鎘HC5值的預(yù)測(cè)模型
        8.2.6 基于土壤總鎘含量限制的污泥農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型
        8.2.7 污泥鎘含量對(duì)污泥施用期的影響
    8.3 小結(jié)
第九章 對(duì)農(nóng)用污泥中痕量元素限量標(biāo)準(zhǔn)的探討
    引言
    9.1 我國(guó)污泥農(nóng)用中痕量元素標(biāo)準(zhǔn)與歐盟和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)比較
    9.2 國(guó)內(nèi)外污泥農(nóng)用痕量元素控制標(biāo)準(zhǔn)制定的差別
    9.3 污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)研究進(jìn)展
        9.3.1 我國(guó)城市污泥中痕量元素含量及存在形態(tài)的現(xiàn)狀分析
        9.3.2 城市污泥中痕量元素的生物有效性
    9.4 對(duì)我國(guó)城市污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的探討
        9.4.1 污泥中的鎘
        9.4.2 污泥中的鉻
        9.4.3 污泥中的汞
        9.4.4 污泥中的鉛
        9.4.5 污泥中的砷
        9.4.6 污泥中的銅、鋅、鎳
    9.5 小結(jié)
第十章 結(jié)論與研究展望
    10.1 結(jié)論
    10.2 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)
    10.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)歷

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 丁武泉;;重慶污水處理廠污泥特性分析[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年26期

2 劉英霞;楊啟霞;常顯波;;煙臺(tái)市污水處理廠污泥中重金屬的形態(tài)分析[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年27期

3 許學(xué)工,林輝平,付在毅,布仁倉(cāng);黃河三角洲濕地區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年01期

4 陳同斌;鄭國(guó)砥;高定;劉洪濤;杜偉;楊軍;;城市污泥堆肥處理及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J];中國(guó)給水排水;2009年09期

5 楊軍;郭廣慧;陳同斌;鄭國(guó)砥;高定;楊蘇才;宋波;杜偉;;中國(guó)城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢(shì)[J];中國(guó)給水排水;2009年13期

6 劉忠良;梅忠;趙華;;金華市城市污水處理廠污泥成分及農(nóng)用價(jià)值分析[J];廣東微量元素科學(xué);2008年09期

7 胡綿好;;應(yīng)用地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)南昌市城市污泥重金屬污染[J];廣東微量元素科學(xué);2010年03期

8 何祥亮;周曉鐵;孫世群;;合肥市污水處理廠污泥的土地資源化可行性分析[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年04期

9 孫玉煥;駱永明;吳龍華;滕應(yīng);;長(zhǎng)江三角洲地區(qū)城市污水污泥重金屬含量研究[J];環(huán)境保護(hù)科學(xué);2009年04期

10 姚金玲;王海燕;于云江;王琪;王興潤(rùn);;城市污水處理廠污泥重金屬污染狀況及特征[J];環(huán)境科學(xué)研究;2010年06期

本文編號(hào)：2869797