摘要：城镇化进程加快，城市污水处理量需求不断加大，进而需处理的污泥量也大大增多，如何高效处理污泥同时控制温室气体的排放已成为不可忽视的问题。文章主要阐述了污泥处理的现状，产生温室气体的排放现状，施加调理剂（等）可以对温室气体排放产生抑制的影响研究现状。采用田间试验，施用2种城市污泥堆肥（含生物质炭和不含生物质炭），通过静态暗箱-气相色谱法研究污泥堆肥土地利用过程温室气体排放特征，探讨施用污泥堆肥的短期影响作用.结果表明，在观测时间内，N2O排放主要集中在前3周，约占总排放量的87.9%~95.6%.N2O排放量均随污泥堆肥施用量的增加而增加（P<0.05），裸地N2O排放量高于种植作物处理.施用含生物质炭污泥堆肥能减少土壤N2O排放，且随着施用量的增加，N2O减少量越大（P<0.05）.
关键词：污泥堆肥；土地利用；温室气体；排放特征；短期效应
引言
我国城市污水处理规模连年增长，污泥产量已突破3000万t（含水率80%）．污泥成分复杂，含多种有害成分，未经处理会对环境产生二次污染．在现有的处置方式中，污泥堆肥处置被认为是适合我国国情的处置方式之一，堆肥及其土地利用也被认为是一种具有成本效益的有机废物处理和再利用的方式．污泥经堆肥处置后可应用于农田、菜地、林地等，不仅能够保水保肥、增强土壤养分、改善土壤性状、为作物提供充分的N、P、K等植物营养元素和有机质，还能促进土壤有机碳积累，提高地上生物量，促进作物生长．
1污泥处理处置现状
2017年，中国人口城镇化率升至58.5%。随着城镇化的快速增加，我国污水排放量也急剧上涨，对污水处理行业技术要求增高。污水处理主体工艺为好氧、厌氧生物处理，因此伴随污水处理过程而产生的污水污泥量也在急剧上升，需要废弃物资源化利用、无害化处置。城市污泥成分复杂，其中，水分和有机污染物为主要成分，同时污泥还含有大量N、P、K等营养元素。如果污泥处置时，能够合理利用其有利成分，可以缓解其对环境的污染问题。结合我国国情，将废弃污泥合理处置，而后施加到农田，可有效提升土壤有机质并具有钝化土壤重金属的效果。因此，如何实现污泥有效处理，己经成为我国环境界重要的课题之一。
2材料与方法
2.1供试材料
供试土壤：某大学实验农田紫色土；供试植物：耐热且早熟的不结球白菜；供试肥料：试验所用污泥取某市某有限责任公司脱水污泥（生活污水），秸秆来自某大学实验田（剪碎至2-3cm），水稻生物质炭为市面贩售，试验所用堆肥品为自制污泥堆肥产品，按照质量比分别将污泥：秸秆：生物质炭=20：5：1（S类堆肥品）、污泥：秸秆=4：1（T类堆肥品）混合均匀后放入自制堆肥箱（有效尺寸为0.90m×0.45m×0.70m），采用强制通风+人工翻堆的方式进行好氧堆肥，堆肥完成后进行产品腐熟度和重金属含量检测，达到农用标准后方可使用，堆肥产品仅限于本次试验使用.
2.2气体样品采集与分析
温室气体采用密闭式组合静态暗箱法采集，气体采集箱均设计为分节组合式标准箱.箱体为不锈钢长方体（长0.5m、宽0.5m、高0.5m），外覆保温绝热材料，防止太阳辐射下采样箱壁温度升高影响观测结果.箱面上分别开有小孔连接气压缓冲袋与三通阀，以便维持气压平衡，箱体内部装有轴流扇以便气体混合.底座（长0.5m、宽0.5m、高0.2m）由不锈钢制成，上端有深3cm、宽2cm的密封水槽，采样时将采样箱扣在底座凹槽部位，液封以隔绝箱体内外气体交换.采样时首先用剪刀去除杂草等地上部分，将采样箱垂直插入土壤中5cm，箱体周围压实，以防漏气.试验于7月10日-8月14日采样，第1周每天采样，之后在第9，12，15，18，21，24，27，30，33，36d采样，采样时间为上午8：00~9：00.气体用60mL注射器进行采集，之后每间隔10min采样一次，罩箱时间为30min，一共采集4次样品，24h内完成气样测定.采用Agilent7890A型气象色谱仪进行测定，检验器温度为330℃，填气柱柱温为55℃，载气为高纯度氮气（>99.99%），定量分析检测污泥堆肥品施入土壤后N2O、CH4和CO2浓度，结合色谱峰面积和标气浓度计算出样品中各气体浓度，从而得出气体排放通量（f）和累积排放量（Q），计算公式如下：
2.3CH4排放通量和累积排放量
各处理中CH4平均排放通量在－0.078～0.006mg•（m2•h）－1之间，总体上在发芽期波动较大，幼苗期变化幅度相对较小．除CK1、CK2处理外，CH4排放总体上集中在生长期内，第18～24d排放速率较高．A1、B2处理CH4累积排放量分别为6.73mg•kg－1和2.20mg•kg－1，整个土地利用过程表现为排放CH4．A2、A3、B1、B3、CK1、CK2处理CH4累积排放量均为负值，CH4吸收量分别为1.05、39.49、39.26、29.49、71.39、36.62mg•kg－1．这与环境条件有关，试验在7月进行，土壤通透性较好，甲烷氧化细菌活性高，导致CH4排放主要为负值，表现为土壤吸收CH4能力增强且呈弱吸收状况．其中CK1处理CH4吸收量远高于其他处理（P＜0.01），说明裸地主要是CH4的“汇”，而种植作物具有促进CH4排放的功能．
2.4 CO2累积排放量
S1~S3处理的CO2累积排放量分别为314.63，374.45，385.05mg/kg，T1~T3处理分别为234.34，451.88，459.65mg/kg，各处理CO2排放主要集中在18d以后，约占排放总量的50.5%~61.8%.S0、T0处理（种植作物）CO2累积排放量显著高于S2、T2处理（P<0.01），分别是S2和T2处理的1.57、1.34倍.这可能是因为种植植物改善了土壤的土层结构，使土层疏松多孔，再加上植物根系呼吸和地上植物部分的呼吸作用，促进了CO2的排放.观测时间内，S1处理CO2累积排放量高于T1处理，但S2和S3处理分别低于T2和T3处理，T2和T3处理的累积排放量比S2和S3处理增加了20.7%、19.4%，这可能与生物质炭本身的固碳作用有关.当施肥量超过一定范围，含生物质炭的堆肥通过提高土壤氧化稳定性、降低矿化速度、增加土壤有机碳库，吸附有机物、参与土壤团聚体的形成来抑制原有机质分解，从而抑制CO2排放.
结语
施用含生物质炭污泥堆肥短期内能降低温室气体总排放量，其温室气体总排放量比施用不含生物质炭污泥堆肥的处理低20.41%~62.51%（P<0.05）.在相同施肥量情况下，种植作物处理的CO2排放量是裸地的1.34~1.57倍，但N2O排放量和CH4吸收量则明显低于裸地.总体来说，裸地的温室气体总排放量短期内明显高于种植作物处理，但其长期效应还需进一步观测研究.
参考文献：
[1]白莉萍，齐洪涛，伏亚萍，等.北京地区不同城镇污水处理厂堆肥污泥的营养含量和重金属污染[J].环境科学，2014，35（12）：4648-4653.
[2]国务院办公厅.“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划[J].中国环保产业，2016，（12）：1-4.
论文作者:宋英峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
标签：堆肥论文; 污泥论文; 排放量论文; 土壤论文; 气体论文; 温室论文; 生物论文; 《基层建设》2018年第35期论文;