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目前,上海生活垃圾的处理、处置基本形成了以焚烧和堆肥为主,以填埋为补充的格局,生化堆肥垃圾处理能力较高,而且垃圾堆肥可提高土壤养分、改善土壤理化特性、提高农产品产量及品质、改善土壤微生物特性,并能修复农药污染土壤,但由于生物肥中重金属含量较高,可能会引起土壤重金属污染;同时,重金属的生物有效部分可能导致土壤表面的植物体内重金属含量较高,对环境及人类健康造成影响。
生活垃圾堆肥初期会产生大量的高浓度有机渗滤液,其中含有Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mn、Ni等多种重金属,而且有些重金属浓度较高,针对现阶段国内某些生化堆肥厂并不对渗滤液进行专门处理,而是用于二次堆肥时回灌补水,其堆肥产品中重金属含量偏高、限制了垃圾堆肥农用的现状,本文以浦东某生活垃圾生化处理厂垃圾堆肥长期运行监测数据为基础,通过设计实验室模拟回灌,利用统计分析方法比较无回灌与渗滤液回灌条件下、渗滤液回灌及清水回灌条件下堆肥物中重金属含量及形态的差异性,从而确定渗滤液回灌对堆肥物中重金属总量及其分布的影响。
为了解堆肥各阶段重金属的分布特征,调查分析了春、夏、秋、冬四季实际生活垃圾堆肥过程中各状态重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mn、Ni的含量分布,结果表明,原生生物质垃圾中各重金属含量都很低,厨余/庭院垃圾中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni最大含量分别为32.15/31.28 mg/kg、5.75/10.37 mg/kg、143.33/147.55mg/kg、1.48/1.72 mg/Kg、36.94/32.05 mg/kg、5.29/8.13 mg/kg,都远低于美、德、英、法、加拿大、荷兰等国垃圾堆肥农用的控制标准。
二次堆肥物及最终生物肥中各重金属含量较原生垃圾都明显升高,Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mn、Ni最大含量分别为844.33/950.53 mg/kg、208.23/571.85 mg/kg、1129.6/1115.42 mg/kg、3.74/8.5 mg/kg、624.09/547.75 mg/kg、112.78/347.88 mg/kg,均已超出垃圾堆肥农用的最低国家的标准,超标4.75、5.72、4.71、2.83、2.08、3.48倍。
通过跟踪实际堆肥厂及实验室模拟回灌的二次堆肥过程,发现无论回灌与否,二次堆肥过程中各重金属含量都存在一定程度的超标现象,Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni最大含量分别超标4.45、6.73、7.74、1.9、2.79、14倍,说明堆肥产品中重金属含量较高的原因可能不只在于堆肥过程本身渗滤液回灌的影响,堆肥生物质组分本身含有的重金属、生活垃圾并未进行源头分选对最终生物肥中重金属含量也应有很大贡献。回灌与无回灌条件下二次堆肥过程中重金属含量及形态分布的配对样本均数检验表明,两个平行无回灌发酵仓中各重金属含量都不存在显著性差异,这就排除了基质差异对重金属含量差异的影响。对无回灌与回灌条件下及渗滤液回灌与清水回灌条件下含量存在显著性差异(0.05显著性水平)的重金属进行了均数比较,渗滤液回灌发酵仓中Pb、Ni含量较无回灌发酵仓低26.54%与38.41%,而Cd、Cr含量较无回灌发酵仓高56.93%与106.51%;清水回灌条件下Cu含量较无回灌时低40.71%,而cr含量较无回灌时高98.98%;渗滤液回灌发酵仓中Cu、Cd含量又高于清水回灌的38.97%与27.83%。其它重金属含量没有显著性差异。这说明了回灌对堆肥物中重金属总量将产生影响,影响的程度与重金属元素有关,而且渗滤液回灌的效果区别于清水回灌。
回灌过程中重金属总量的变化与其形态分布的递变存在一定的联系:回灌导致Pb、Ni酸可溶态含量降低,可能随渗滤液排出;Cu、Zn由于与有机质有较强的结合能力,渗滤液回灌后堆肥物中可氧化态Cu、Zn含量增加;Cd、Cr在回灌条件下含量增加的原因在于其残渣态含量的升高。
鉴于原生生物质垃圾中重金属含量并不高,而无回灌条件下生物肥中重金属也超标的现象,建议生活垃圾在堆肥前进行源头分选,避免由其他重金属含量较高的组分引起二次污染;针对渗滤液回灌导致Cu、Zn在可氧化态吸附、富集,Cd、Cr残渣态含量升高的事实,建议对渗滤液进行专门处理,而不宜直接用作二次堆肥时回灌补水。