香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥的效果

楊海君, 金紅玉, 肖 為, 肖 路, 劉亞賓, 譚 菊

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院, 湖南 長沙 410128;2.湖南錦佳環(huán)保科技有限公司, 湖南 長沙 410129; 3.長沙市環(huán)境監(jiān)測中心站, 湖南 長沙 410001)

城市軌道交通建設(shè)過程中產(chǎn)生的大量盾構(gòu)渣土以往采取礦洞填埋與消納場堆積處理。但渣土中含有盾構(gòu)施工過程中加入的大量AES化學(xué)藥劑[1-6]，如果采取簡單填埋與堆積處置往往會(huì)污染周邊水體與土壤，產(chǎn)生安全隱患[7-9]。因此，亟需尋求一種高效且環(huán)境友好的盾構(gòu)渣土處置方式?；诖?，部分企業(yè)對(duì)盾構(gòu)渣土采取砂石分離處置，不僅減少了渣土堆積量，而且實(shí)現(xiàn)了城市固體廢棄物資源化再利用[8-10]。但采取絮凝、破乳、沉淀和板框壓濾等處理后的泥塊含水率仍在40%～60%之間，因其結(jié)構(gòu)緊密，通透性差，難以自然干化，后期處置量仍較大；加之，盾構(gòu)脫水泥塊來源于地下深層土，土壤貧瘠、緊實(shí)、容重大、通透性差，不適宜直接用作綠化種植土與墊層土。由此，解決盾構(gòu)脫水泥的就地就近處置問題成為當(dāng)前國內(nèi)城市固體廢棄物處置的難點(diǎn)與熱點(diǎn)。通過堆肥來實(shí)現(xiàn)廢棄物再利用是解決廢棄物危害的最有效途徑，在城市園林綠化廢棄物處理方式上，近年來，部分研究者開展了綠化廢物與城市污泥、畜禽糞便、餐廚垃圾等的堆肥研究[11-18]。然而，盾構(gòu)脫水泥不同于城市污泥、畜禽糞便與餐廚垃圾等，直接以園林綠化廢棄物與盾構(gòu)脫水泥進(jìn)行堆肥無法順利進(jìn)行，以消納盾構(gòu)脫水泥為目的二段式堆肥研究尚未見報(bào)道。為解決盾構(gòu)脫水泥的就近就地消納難題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)南方城市園林綠化主要廢物香樟樹枝的資源化利用，本研究以粉碎的香樟樹枝與雞糞最佳配比好氧堆肥終產(chǎn)物為原料[19]，根據(jù)中國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)綠化種植土壤標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T340-2016)中草坪土與花壇土各指標(biāo)及其含量要求[20]，將盾構(gòu)脫水泥與香樟樹枝堆肥產(chǎn)物(質(zhì)量比)分別以25∶1，30∶1，20∶1，25∶1比例調(diào)配一級(jí)、二級(jí)草坪種植土與一級(jí)、二級(jí)花壇種植土，考察了4種比例下共堆肥過程中AES的降解特征，開展了各配比下堆肥發(fā)酵20 d的營養(yǎng)元素含量及堆肥產(chǎn)物的盆栽試驗(yàn)研究，以期獲得較好堆肥效果，并實(shí)現(xiàn)兩種城市固體廢棄物同時(shí)最大化處置與利用，從而推進(jìn)園林綠化廢棄物與城市盾構(gòu)污泥資源化產(chǎn)品的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

盾構(gòu)脫水泥來自湖南省長沙市某環(huán)保公司，產(chǎn)品指標(biāo)分別為含水率59.52%，N 0.17%，P 0.16%，K 1.02%，揮發(fā)性固體(VS)2.30%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)含量51.21 mg/kg；粉碎香樟樹枝與雞糞最優(yōu)比例條件下堆肥產(chǎn)物來源本實(shí)驗(yàn)室[19]，含水率46.06%，N 4.90%，P 1.24%，K 2.69%，VS 70.77%，三大類微生物總計(jì)：14.07×107個(gè)/g，其中細(xì)菌數(shù)9.77×107個(gè)/g，真菌數(shù)1.75×107個(gè)/g，放線菌數(shù)2.55×107個(gè)/g。

1.2 供試試劑

1.3 供試儀器

DHG-9053A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；UV-1200可見分光光度計(jì)紫外光譜儀；WT6002分析天平；SX-5-12D箱式電阻爐；WT6002分析天平；THZ-312恒溫?fù)u床。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥發(fā)酵及產(chǎn)物評(píng)價(jià) ①物料混合。根據(jù)中國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)綠化種植土壤標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T340-2016)中草坪土與花壇土各指標(biāo)要求[20]，結(jié)合香樟樹枝與雞糞最佳比例堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥中元素含量，一級(jí)與二級(jí)草坪種植土以25∶1與30∶1(脫水盾構(gòu)土:香樟樹枝堆肥產(chǎn)物，質(zhì)量比)混合并攪拌均勻；一級(jí)與二級(jí)花壇種植土以20∶1與25∶1(脫水盾構(gòu)土:香樟樹枝堆肥產(chǎn)物，質(zhì)量比)混合并攪拌均勻。 ②建堆。以攪拌均勻的混合物料在水泥地面上堆成基部長5.0 m，寬1.5 m，高1.5 m的條垛。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行，共12個(gè)堆體。 ③堆肥發(fā)酵?；旌虾蟮亩蚜厦块g隔5 d翻堆一次，共發(fā)酵20 d。 ④堆肥產(chǎn)物應(yīng)用與評(píng)價(jià)。以共堆肥發(fā)酵20 d后的產(chǎn)物為研究對(duì)象，開展盆栽種植試驗(yàn)，在一級(jí)與二級(jí)草坪土中均種植馬尼拉草(Zoysiamatrella)；在一級(jí)與二級(jí)花壇土中分別移栽杜鵑(Rhododendronsimsii)與滿天星(Gypsophilapaniculata)，每組設(shè)置3個(gè)平行。在種植試驗(yàn)的第0，5與30 d分別測定草種發(fā)芽率、植株高度以及地上部分與地下部分生物量，并觀察植株生長情況。

1.4.2 樣品采集與測定 ①堆肥樣品采集。每間隔5 d采集一次樣品，即在粉碎香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥混合堆肥后的第0，5，10，15和20 d分別采集樣品，在堆體中心部位采用五點(diǎn)法取樣，混合均勻后采用四分法留樣200 g，樣品于4 ℃冰箱保存，測定樣品中AES含量。堆肥結(jié)束后(20 d)測定產(chǎn)物中N，P，K以及VS含量。 ②種植試驗(yàn)樣品采集。于種植試驗(yàn)的第0，5和30 d測定植株的高度、地上部分與地下部分生物量以及草種發(fā)芽率，并觀察記錄植株生長情況。

1.5 樣品測定方法

(1) 陰離子表面活性劑AES的測定參照《水質(zhì)陰離子表面活性劑的測定亞甲藍(lán)分光光度法(GB7494-37)》[21]。

(2) 樣品中揮發(fā)性固體(VS)含量的測定[22]。在好氧堆肥的分析過程中，常用揮發(fā)性固體(volatile solids, VS)的含量來表征堆料中有機(jī)質(zhì)的含量[23]。取一只洗凈烘干后的陶瓷坩堝，稱量并記錄其質(zhì)量m4；取適量烘干后的樣品放入陶瓷坩堝中，稱量并記錄樣品與陶瓷坩堝的總質(zhì)量m5；再將陶瓷坩堝放入馬弗爐中600 ℃下灼燒至恒重，取出陶瓷坩堝放入干燥器內(nèi)待冷卻至室溫，再次稱量陶瓷坩堝與樣品的總質(zhì)量m6，按下列公式計(jì)算樣品中揮發(fā)性固體含量(VS)。

(1)

(3) 樣品中主要元素含量的檢測方法[22]。樣品消解：取2.0 g經(jīng)研磨過60目篩后的干樣品放入50 ml三角瓶中，加少許超純水潤濕(1.0～2.0 ml)，加入5.0 ml 98%的濃硫酸，靜置過夜(瓶口放置彎頸漏斗)。在電熱爐上加熱至冒白煙，取下三角瓶，稍冷后滴入10滴30%的H2O2，搖勻，再次加熱至冒白煙，再取下三角瓶，待稍冷后滴入5～10滴H2O2，直至消煮液無色清亮后，將消煮液轉(zhuǎn)入50 ml容量瓶中，用超純水定容，過濾，作為樣品元素含量待測液。采用奈氏比色法檢測樣品中氮含量；釩—鉬酸銨比色法檢測樣品中磷含量；四苯硼鈉比濁法檢測樣品中鉀含量[22]。

元素含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，按下列公式計(jì)算：

(2)

式中：c為由標(biāo)準(zhǔn)曲線查到的顯色液中N(P，K)濃度(μg/ml)；V為顯色液體積，50 ml；D為分取倍數(shù)，定容體積/分取體積；m為樣品質(zhì)量(g)。

(4) 堆肥前后物料的種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)的檢測方法[24]。取鮮樣與蒸餾水按1∶10的質(zhì)量比混合后震蕩0.5 h后過濾，取濾液進(jìn)行測定，選用馬尼拉草種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。取兩張濾紙放于培養(yǎng)皿底部，將20粒飽滿，大小基本一致的馬尼拉草種子置于其上，吸取5.0 ml濾液置于培養(yǎng)皿中。將培養(yǎng)皿放入恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃培養(yǎng)2 d，以超純水作空白對(duì)照，觀察并記錄種子的發(fā)芽率，并用直尺測量種子根長，計(jì)算發(fā)芽指數(shù)(GI)：

(3)

(5) 植株高度的測定。每個(gè)試驗(yàn)組中隨機(jī)選取3株進(jìn)行測定，用量程為0—100 cm的軟尺測量植株高度。

(6) 植株地上部分與地下部分生物量的測定。測量時(shí)隨機(jī)選取10 cm×10 cm的樣方，3次重復(fù)。緊貼地面將樣方內(nèi)的植物地上部分刈割后，裝入紙質(zhì)信封袋內(nèi)。刈割后將樣方內(nèi)的地下部分全部取出(保證根須完整)，放入紗布袋中用水沖洗干凈，晾干后裝入紙質(zhì)信封袋內(nèi)。將裝有地上部分與地下部分的紙質(zhì)信封袋于65 ℃烘干24 h至恒重，取出放入玻璃干燥器冷卻至室溫后用天平稱重。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)測定數(shù)據(jù)用IBM SPSS Statistics 21進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Excel軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥過程中AES含量的變化

香樟樹枝與雞糞堆肥產(chǎn)物中仍含有部分微生物，這些微生物在香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥混合共堆肥發(fā)酵過程中降解堆料中的AES。共堆肥發(fā)酵過程中AES含量變化如圖1所示。從圖1可知，一級(jí)、二級(jí)草坪土和一級(jí)、二級(jí)花壇土中AES的含量隨堆肥進(jìn)程而逐漸降低，在第20 d，一級(jí)、二級(jí)草坪土和一級(jí)、二級(jí)花壇土中的AES含量分別由堆肥初期的7.23，7.62，6.90，7.19 mg/kg降為1.71，1.87，1.62，1.78 mg/kg，下降率均在75%以上；而未進(jìn)行共堆肥的盾構(gòu)脫水泥中AES含量降幅較小，僅下降了37.71%。由此表明香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥混合共堆肥，不僅有利于部分盾構(gòu)泥的處置，而且促進(jìn)了盾構(gòu)泥中AES的降解。

圖1 香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥過程中AES含量的變化

2.2 香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥終產(chǎn)物中主要元素的含量

以香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥按一定比例(質(zhì)量比)混合共堆肥發(fā)酵20 d后一級(jí)、二級(jí)草坪土與一級(jí)、二級(jí)花壇土主要元素含量結(jié)果見表1。從表1可知，4組種植土揮發(fā)性固體(VS)含量在45.1～55.6 g/kg之間，N含量在3.2～4.0 g/kg之間，P含量在1.9～2.1 g/kg之間，K含量在10.7～11.0 g/kg之間，土壤中VS，N等含量均滿足《綠化種植土壤CJ/T340-2016》要求。考慮同時(shí)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)脫水泥與園林綠化廢棄物最大化處理并取得較好的堆肥效果，建議園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥按25∶1的比例(質(zhì)量比)混合共堆肥。

2.3 盆栽試驗(yàn)

以香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥發(fā)酵20 d產(chǎn)物的一級(jí)、二級(jí)草坪土種植馬尼拉草種，而一級(jí)、二級(jí)花壇土中分別種植杜鵑花與滿天星，結(jié)果見表2。從表2可知，一級(jí)草坪土(25∶1)與二級(jí)草坪土(30∶1)中，馬尼拉草種子發(fā)芽率分別為92%與86%，30 d后馬尼拉草生長良好；一級(jí)花壇土(20∶1)中移栽杜鵑花與二級(jí)花壇土(25∶1)中移栽滿天星后30 d的成活率均為100%，且均生長良好，株高與生物量均有增大，說明香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥產(chǎn)物可作為綠化種植土。

表1 香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥終產(chǎn)物調(diào)配綠化揮發(fā)性固體(VS)等含量 g/kg

表2 堆肥終產(chǎn)物盆栽試驗(yàn)結(jié)果

3 討論與結(jié)論

(1) 香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥分別以質(zhì)量比1∶25與1∶30共堆肥發(fā)酵20 d，終產(chǎn)物中N，P，K、有機(jī)質(zhì)含量分別滿足《綠化種植土壤CJ/T340-2016》中草坪土的一級(jí)、二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥分別按質(zhì)量比1∶20與1∶25共堆肥20 d，終產(chǎn)物中N，P，K、有機(jī)質(zhì)含量滿足《綠化種植土壤CJ/T340-2016》花壇土的一級(jí)、二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥共堆肥明顯促進(jìn)了盾構(gòu)脫水泥中主要污染物AES的降解，堆肥20 d后，堆肥產(chǎn)物中AES表面活性劑含量下降率均在75.24%以上。

(3) 兩段式堆肥產(chǎn)物盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，盾構(gòu)脫水泥聯(lián)合城市園林綠化廢物與雞糞二段式堆肥產(chǎn)物可用作園林綠化植物種植土。二段式堆肥終產(chǎn)物一級(jí)草坪土(25∶1，脫水盾構(gòu)土:香樟樹枝堆肥產(chǎn)物，質(zhì)量比)與二級(jí)草坪土(30∶1，脫水盾構(gòu)土:香樟樹枝堆肥產(chǎn)物，質(zhì)量比)中，馬尼拉種子發(fā)芽率分別為92%與86%；一級(jí)花壇土(20∶1，脫水盾構(gòu)土:香樟樹枝堆肥產(chǎn)物，質(zhì)量比)中移栽的杜鵑與二級(jí)花壇土(25∶1，脫水盾構(gòu)土:香樟樹枝堆肥產(chǎn)物，質(zhì)量比)中移栽的滿天星成活率均為100%。

綜上所述，香樟樹枝堆肥產(chǎn)物與盾構(gòu)脫水泥混合共堆肥，不僅有利于盾構(gòu)脫水泥的環(huán)保處置，堆肥后產(chǎn)物可進(jìn)行二次利用，而且促進(jìn)了盾構(gòu)泥中AES的降解，降低了盾構(gòu)脫水泥中AES對(duì)環(huán)境的危害。