餐廚廢棄物與生活污泥協(xié)同厭氧消化后沼渣的資源化利用途徑探索

張有倉 劉東 陳恒寶 許立群 楊易

摘要 [目的]探究生物炭土資源化利用途徑，解決其消納的問題。[方法]以鎮(zhèn)江市生活污泥與餐廚廢棄物協(xié)同厭氧消化后的生物炭土為研究對象，研究生物炭土用于苗木栽培基質(zhì)、花卉栽培基質(zhì)、屋頂綠化栽培基質(zhì)的最佳比例。[結(jié)果]生物炭土用于苗木栽培基質(zhì)的最佳比例為40%～50%，用于室外盆栽花卉基質(zhì)的最佳比例為50%，用于室內(nèi)盆栽花卉基質(zhì)的最佳比例為10%。園林綠化廢棄物的堆肥產(chǎn)品與蛭石、珍珠巖按照2∶1∶0.5混配后的基質(zhì)可以滿足屋頂綠化的要求。[結(jié)論]餐廚廢棄物與生活污泥協(xié)同厭氧消化后沼渣——生物炭土可作為苗木栽培、花卉栽培、屋頂綠化栽培的基質(zhì)。

關(guān)鍵詞 生物炭土；資源化；基質(zhì)

中圖分類號 S210.3文獻標(biāo)識碼

A文章編號 0517-6611（2018）01-0067-04

Abstract [Objective]To study the utilization of biochar resources and solved its problems.[Method] Taking the biochar after the coprocessing anaerobic digestion of kitchen waste and sewage sludge of Zhenjiang city to be the subject of research，the optimum proportion of biochar for seedling cultivation substrate，flower culativation substrate and roof greening substrate were studied.[Result]The vesults showed that the optimum biochar compost application ratios were 40%～50% when it as cultivated substrate of nursery stock， and it was obtained at 50% or 10% biochar compost ratio for cultivated flowers substrate of outdoor or indoor. In addition， the substrate of the biochar and garden waste compost were mixed vermiculite and perlite in accordance with the ratio of 2∶1∶0.5 can be covered with the requirements of green roof plants.[Conclusion]Kitchen waste and seuage sludge anaerobic digestion biogas—synergistic biological corbon soil can be used as matrix seedling planting，flower cultivation and green root cultivation.

Key words Biochar；Resource recovery；Substrates

隨著沼氣工程的迅猛發(fā)展，生物炭土和沼液產(chǎn)生量日益增大，其資源化利用已成為制約厭氧消化推廣應(yīng)用的瓶頸[1]。生物炭土的園林利用既可以促進植物的生長，又可以避開有害物質(zhì)進入食物鏈循環(huán)，因而是目前最主要的土地利用形式[2]。目前，由于生物炭土產(chǎn)品加工成本較高、溢價能力有限，我國生物炭土園林利用仍面臨出路不暢的問題，很多城市仍未找到合適的污泥處置途徑[3-4]，生物炭土的處理仍以焚燒和填埋為主。

鎮(zhèn)江市餐廚廢棄物與生活污泥協(xié)同處理項目采用“餐廚源頭預(yù)處理+污泥熱水解+餐廚與污泥高含固厭氧消化+沼氣提純+沼渣深度脫水干化”工藝[5]，其中沼渣經(jīng)過“螺旋擠壓+豎式板框壓濾”后含水率達到55%～60%。為了進一步提高沼渣的脫水率，采用“太陽能干化工藝”，在翻拋機運輸沼渣的過程中，以太陽能和地暖為熱源，對沼渣進行不斷的混合、破碎、干化和穩(wěn)定，干化場末端沼渣——生物炭土含水率達到40%～50%。該項目產(chǎn)生生物炭土約41 t/d（含水率40%），而其資源化利用成為亟待解決的關(guān)鍵問題。筆者從生物炭土的消納及其附加值的提高兩個方面研究了生物炭土資源化利用的途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗地點位于鎮(zhèn)江市水業(yè)總公司廠區(qū)試驗基地，試驗土壤取自廠區(qū)綠化區(qū)域的黃土，生物炭土取自干化場末端。其基本性質(zhì)見表1。

苗木栽培采用底盤之間60 cm、圍邊高度60 cm的透氣性控根容器，每盆裝基質(zhì)120 kg?？馗萜鞯妆P為篩狀結(jié)構(gòu)，側(cè)壁為凸凹相間的形狀，外側(cè)頂端有小孔，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計既有利于主根的纏繞，又有助于對側(cè)根進行“空氣修剪”。苗木的品種選取為桂花、枇杷，枇杷選取樹徑約3 cm左右，人工修剪成相同的形狀；選取高度、冠徑大體相近的桂花作為研究對象。

盆栽容器采用直徑25 cm、高18 cm的塑料盆，每盆裝基質(zhì)3 kg。花卉的品種選取廣東萬年青、吊蘭及三色堇。

1.2 試驗方法

1.2.1 生物炭土用于苗木栽培基質(zhì)。

苗木栽培試驗在室外綠化區(qū)域進行。共設(shè)6個處理，生物炭土與黃土經(jīng)過10 mm篩網(wǎng)過濾后按照不同重量比（0、20%、30%、40%、50%、70%、100%）配成6種栽培基質(zhì)，并設(shè)計空白對照（CK）。每處理10次重復(fù)。

1.2.2 生物炭土用于花卉栽培基質(zhì)。

花卉盆栽試驗在溫室中進行，溫度為20～25 ℃，相對濕度為45%～50%。共設(shè)8個處理，生物炭土與黃土粉碎經(jīng)過3 mm篩網(wǎng)過濾后按照不同重量比（0、10%、20%、40%、50%、60%、80%和100%）配成8種栽培基質(zhì)，并設(shè)計空白對照（CK）。每處理5次重復(fù)。

1.2.3 生物炭土用于屋頂綠化栽培基質(zhì)。

生物炭土與園林綠化廢棄物按照6∶4（干重）進行好氧堆肥，堆肥后的產(chǎn)物粉碎后過3 mm篩網(wǎng)過濾，并與蛭石、珍珠巖按照2∶1∶0.5進行混配。設(shè)計2種市場銷售屋頂綠化栽培基質(zhì)NPK1、NPK2對照進行佛甲草育苗試驗。

佛甲草的育苗試驗在室外露天環(huán)境下進行。將基質(zhì)平鋪在育苗盤中，基質(zhì)平鋪厚度為5 cm，每種基質(zhì)試驗面積1 m2，將佛甲草剪成5 cm的長度后垂直種植于基質(zhì)中，栽培結(jié)束后統(tǒng)計佛甲草的鮮重、葉長、葉寬、株高、分枝數(shù)等指標(biāo)，考察不同基質(zhì)中佛甲草的生長情況。

1.3 測定項目與方法

pH采用電位法測定；有機質(zhì)、總氮、總磷、全鉀分別采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法、紫外分光光度法、堿熔-鉬銻抗比色法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定；Cd、Pb含量采用石墨爐原子吸收分光光度法測定；Hg含量采用原子熒光法測定；Cr、As、Cu、Zu、Ni含量采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定；電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測定[6]。

基質(zhì)容重、持水量采用環(huán)刀法測定；比重采用比重瓶排水法測定[7]。

基質(zhì)的總孔隙度（%）=（1-容重/比重）×100

基質(zhì)的持水空隙度（%）=持水量×容重×100

基質(zhì)的通氣孔隙度=總孔隙度-持水孔隙度

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 采用SPSS 22對苗木、花卉及佛甲草的生長指標(biāo)的差異性進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭土用于苗木栽培基質(zhì)

2.1.1 不同基質(zhì)比例對桂花生長的影響。

由表2可知，添加20%～100%的生物炭土后，桂花高度、冠幅的增加量均高于CK。 可見，生物炭土可有效促進苗木的生長，縮短苗木的生長周期。生物炭土添加比例為40%（炭土∶黃土=1∶1.5）時，高度、冠幅的增加量最大，最有利于桂花的生長，添加比例50%次之。隨著生物炭土比例的增大，高度、冠幅的增加量反而減少，可能是由于生物炭土中Cu、Zn含量較高，抑制了桂花的生長。

2.1.2 不同基質(zhì)比例對枇杷生長的影響。

由表3可知，生物炭土比例為40%、50%（生物炭土∶黃土=1∶0.5、1∶1）時，批杷苗木的高度、葉片數(shù)、冠幅、地徑增加量均高于其他比例。該試驗采用控根容器和生物炭土，可以有效控制主根的生長，使側(cè)根布滿容器周圍，為植株的生長提供良好條件，縮短苗木的生長周期，且有利于苗木的移栽。

2.2 生物炭土用于花卉栽培基質(zhì)

2.2.1 不同基質(zhì)比例對三色堇生長的影響。

由表4可知，添加生物炭土可有效促進三色堇的生長，延長花期。在生物炭土比例為10%～50%時，隨著生物炭土比例的增高，三色堇植株的高度、花朵數(shù)、鮮重均呈增加趨勢；在生物炭土比例為50%時，三色堇的植株高度、花朵數(shù)均達到最大值；生物炭土比例為100%時，三色堇的花期最長。研究表明，過高的重金屬含量可以降低植物葉片中葉綠素的含量，破壞類囊體結(jié)構(gòu)，從而抑制光合作用，誘導(dǎo)羥基自由基等活性氧物質(zhì)，引發(fā)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)過氧化作用，干擾植物的生長[8-9]。而50%的生物炭土能滿足三色堇養(yǎng)分需求。

2.2.2 不同基質(zhì)比例對吊蘭與廣東萬年青生長的影響。

由表5、6可知，添加一定比例的生物炭土可促進吊蘭、廣東萬年青的生長，當(dāng)生物炭土的添加比例10%時，最大葉長、增加分枝數(shù)、鮮重增加量均高于其他比例，有利于吊蘭和廣東萬年青的生長；生物炭土添加比例超過10%后對吊蘭和萬年青出現(xiàn)一定抑制作用。劉強等[10]用污泥堆肥研究了高羊茅和萬壽菊的生長情況，結(jié)果表明，污泥使用比例為0～10%和0～5%時最有利于其生長，超過該比例后對其生長產(chǎn)生抑制作用，這與該研究結(jié)果基本一致。

2.3 生物炭土用于屋頂綠化栽培基質(zhì)

該研究表明，高干脫水后的生物炭土含水率達到40%～50%，種子發(fā)芽指數(shù)達到88.5%，其他指標(biāo)均符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T 23486—2009）的標(biāo)準(zhǔn)，可以直接作為園林苗木和室內(nèi)盆栽花卉的基質(zhì)。但生物炭土中有機質(zhì)含量僅為31.1%～36.8%，低于《有機肥料》（NY525—2012）的要求，且在密封的環(huán)境中存在微臭的現(xiàn)象。而園林綠化廢棄物中含有豐富的有機物，C/N較高，與生物炭土進行好氧堆肥既可以解決生物炭土有機質(zhì)含量低、存在微臭的問題，又可以將園林綠化廢棄物資源化利用。

堆肥產(chǎn)品與蛭石、珍珠巖按照2∶1∶0.5進行混配后的屋頂綠化基質(zhì)的基本理化性質(zhì)見表7。由表7可知，基質(zhì)的容重、總孔隙度、持水孔隙度均與市場銷售的屋頂綠化營養(yǎng)基質(zhì)相差不大，滿足屋頂綠化營養(yǎng)土質(zhì)輕、透水、疏松透氣的要求。有機質(zhì)、總氮、總磷的含量高于NPK1、NPK2，為后期佛甲草的生長提供充足的營養(yǎng)。

由表8可知，栽培基質(zhì)中佛甲草的分枝數(shù)、枝長、葉長和鮮重均高于NPK1、NPK2，說明栽培基質(zhì)可以滿足佛甲草的生長。

3 結(jié)論

（1）該研究結(jié)果表明，采用透氣性控根容器與生物炭土配比的基質(zhì)可有效促進桂花、枇杷的生長，縮短其生長周期。當(dāng)生物炭土比例為40%～50%時，桂花、枇杷的各項生長指標(biāo)最優(yōu)，最有利于其生長。

（2）生物炭土對于花卉生長有促進作用。對于三色堇等室外盆栽花卉，生物炭土的最佳添加比例為50%；對于廣東萬年青、吊蘭等室內(nèi)盆栽花卉，生物炭土的最佳添加比例為10%。

（3）園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)品與蛭石、珍珠巖按照2∶1∶0.5的比例進行混配后形成的基質(zhì)可以有效促進佛甲草的生長，能替代市場銷售的屋頂綠化營養(yǎng)土基質(zhì)。

參考文獻

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