香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥的效果

杨海君, 金红玉, 肖 为, 肖 路, 刘亚宾, 谭 菊

(1.湖南农业大学 植物保护学院, 湖南 长沙 410128;2.湖南锦佳环保科技有限公司, 湖南 长沙 410129; 3.长沙市环境监测中心站, 湖南 长沙 410001)

城市轨道交通建设过程中产生的大量盾构渣土以往采取矿洞填埋与消纳场堆积处理。但渣土中含有盾构施工过程中加入的大量AES化学药剂[1-6]，如果采取简单填埋与堆积处置往往会污染周边水体与土壤，产生安全隐患[7-9]。因此，亟需寻求一种高效且环境友好的盾构渣土处置方式。基于此，部分企业对盾构渣土采取砂石分离处置，不仅减少了渣土堆积量，而且实现了城市固体废弃物资源化再利用[8-10]。但采取絮凝、破乳、沉淀和板框压滤等处理后的泥块含水率仍在40%～60%之间，因其结构紧密，通透性差，难以自然干化，后期处置量仍较大；加之，盾构脱水泥块来源于地下深层土，土壤贫瘠、紧实、容重大、通透性差，不适宜直接用作绿化种植土与垫层土。由此，解决盾构脱水泥的就地就近处置问题成为当前国内城市固体废弃物处置的难点与热点。通过堆肥来实现废弃物再利用是解决废弃物危害的最有效途径，在城市园林绿化废弃物处理方式上，近年来，部分研究者开展了绿化废物与城市污泥、畜禽粪便、餐厨垃圾等的堆肥研究[11-18]。然而，盾构脱水泥不同于城市污泥、畜禽粪便与餐厨垃圾等，直接以园林绿化废弃物与盾构脱水泥进行堆肥无法顺利进行，以消纳盾构脱水泥为目的二段式堆肥研究尚未见报道。为解决盾构脱水泥的就近就地消纳难题，同时实现南方城市园林绿化主要废物香樟树枝的资源化利用，本研究以粉碎的香樟树枝与鸡粪最佳配比好氧堆肥终产物为原料[19]，根据中国城镇建设行业绿化种植土壤标准(CJ/T340-2016)中草坪土与花坛土各指标及其含量要求[20]，将盾构脱水泥与香樟树枝堆肥产物(质量比)分别以25∶1，30∶1，20∶1，25∶1比例调配一级、二级草坪种植土与一级、二级花坛种植土，考察了4种比例下共堆肥过程中AES的降解特征，开展了各配比下堆肥发酵20 d的营养元素含量及堆肥产物的盆栽试验研究，以期获得较好堆肥效果，并实现两种城市固体废弃物同时最大化处置与利用，从而推进园林绿化废弃物与城市盾构污泥资源化产品的应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盾构脱水泥来自湖南省长沙市某环保公司，产品指标分别为含水率59.52%，N 0.17%，P 0.16%，K 1.02%，挥发性固体(VS)2.30%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)含量51.21 mg/kg；粉碎香樟树枝与鸡粪最优比例条件下堆肥产物来源本实验室[19]，含水率46.06%，N 4.90%，P 1.24%，K 2.69%，VS 70.77%，三大类微生物总计：14.07×107个/g，其中细菌数9.77×107个/g，真菌数1.75×107个/g，放线菌数2.55×107个/g。

1.2 供试试剂

1.3 供试仪器

DHG-9053A电热恒温鼓风干燥箱；UV-1200可见分光光度计紫外光谱仪；WT6002分析天平；SX-5-12D箱式电阻炉；WT6002分析天平；THZ-312恒温摇床。

1.4 试验设计

1.4.1 香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥发酵及产物评价 ①物料混合。根据中国城镇建设行业绿化种植土壤标准(CJ/T340-2016)中草坪土与花坛土各指标要求[20]，结合香樟树枝与鸡粪最佳比例堆肥产物与盾构脱水泥中元素含量，一级与二级草坪种植土以25∶1与30∶1(脱水盾构土:香樟树枝堆肥产物，质量比)混合并搅拌均匀；一级与二级花坛种植土以20∶1与25∶1(脱水盾构土:香樟树枝堆肥产物，质量比)混合并搅拌均匀。 ②建堆。以搅拌均匀的混合物料在水泥地面上堆成基部长5.0 m，宽1.5 m，高1.5 m的条垛。每个处理设置3个平行，共12个堆体。 ③堆肥发酵。混合后的堆料每间隔5 d翻堆一次，共发酵20 d。 ④堆肥产物应用与评价。以共堆肥发酵20 d后的产物为研究对象，开展盆栽种植试验，在一级与二级草坪土中均种植马尼拉草(Zoysiamatrella)；在一级与二级花坛土中分别移栽杜鹃(Rhododendronsimsii)与满天星(Gypsophilapaniculata)，每组设置3个平行。在种植试验的第0，5与30 d分别测定草种发芽率、植株高度以及地上部分与地下部分生物量，并观察植株生长情况。

1.4.2 样品采集与测定 ①堆肥样品采集。每间隔5 d采集一次样品，即在粉碎香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥混合堆肥后的第0，5，10，15和20 d分别采集样品，在堆体中心部位采用五点法取样，混合均匀后采用四分法留样200 g，样品于4 ℃冰箱保存，测定样品中AES含量。堆肥结束后(20 d)测定产物中N，P，K以及VS含量。 ②种植试验样品采集。于种植试验的第0，5和30 d测定植株的高度、地上部分与地下部分生物量以及草种发芽率，并观察记录植株生长情况。

1.5 样品测定方法

(1) 阴离子表面活性剂AES的测定参照《水质阴离子表面活性剂的测定亚甲蓝分光光度法(GB7494-37)》[21]。

(2) 样品中挥发性固体(VS)含量的测定[22]。在好氧堆肥的分析过程中，常用挥发性固体(volatile solids, VS)的含量来表征堆料中有机质的含量[23]。取一只洗净烘干后的陶瓷坩埚，称量并记录其质量m4；取适量烘干后的样品放入陶瓷坩埚中，称量并记录样品与陶瓷坩埚的总质量m5；再将陶瓷坩埚放入马弗炉中600 ℃下灼烧至恒重，取出陶瓷坩埚放入干燥器内待冷却至室温，再次称量陶瓷坩埚与样品的总质量m6，按下列公式计算样品中挥发性固体含量(VS)。

(1)

(3) 样品中主要元素含量的检测方法[22]。样品消解：取2.0 g经研磨过60目筛后的干样品放入50 ml三角瓶中，加少许超纯水润湿(1.0～2.0 ml)，加入5.0 ml 98%的浓硫酸，静置过夜(瓶口放置弯颈漏斗)。在电热炉上加热至冒白烟，取下三角瓶，稍冷后滴入10滴30%的H2O2，摇匀，再次加热至冒白烟，再取下三角瓶，待稍冷后滴入5～10滴H2O2，直至消煮液无色清亮后，将消煮液转入50 ml容量瓶中，用超纯水定容，过滤，作为样品元素含量待测液。采用奈氏比色法检测样品中氮含量；钒—钼酸铵比色法检测样品中磷含量；四苯硼钠比浊法检测样品中钾含量[22]。

元素含量以质量分数表示，按下列公式计算：

(2)

式中：c为由标准曲线查到的显色液中N(P，K)浓度(μg/ml)；V为显色液体积，50 ml；D为分取倍数，定容体积/分取体积；m为样品质量(g)。

(4) 堆肥前后物料的种子发芽率与发芽指数的检测方法[24]。取鲜样与蒸馏水按1∶10的质量比混合后震荡0.5 h后过滤，取滤液进行测定，选用马尼拉草种子进行萌发试验。取两张滤纸放于培养皿底部，将20粒饱满，大小基本一致的马尼拉草种子置于其上，吸取5.0 ml滤液置于培养皿中。将培养皿放入恒温培养箱中25 ℃培养2 d，以超纯水作空白对照，观察并记录种子的发芽率，并用直尺测量种子根长，计算发芽指数(GI)：

(3)

(5) 植株高度的测定。每个试验组中随机选取3株进行测定，用量程为0—100 cm的软尺测量植株高度。

(6) 植株地上部分与地下部分生物量的测定。测量时随机选取10 cm×10 cm的样方，3次重复。紧贴地面将样方内的植物地上部分刈割后，装入纸质信封袋内。刈割后将样方内的地下部分全部取出(保证根须完整)，放入纱布袋中用水冲洗干净，晾干后装入纸质信封袋内。将装有地上部分与地下部分的纸质信封袋于65 ℃烘干24 h至恒重，取出放入玻璃干燥器冷却至室温后用天平称重。

1.6 数据分析

试验测定数据用IBM SPSS Statistics 21进行统计分析，使用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥过程中AES含量的变化

香樟树枝与鸡粪堆肥产物中仍含有部分微生物，这些微生物在香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥混合共堆肥发酵过程中降解堆料中的AES。共堆肥发酵过程中AES含量变化如图1所示。从图1可知，一级、二级草坪土和一级、二级花坛土中AES的含量随堆肥进程而逐渐降低，在第20 d，一级、二级草坪土和一级、二级花坛土中的AES含量分别由堆肥初期的7.23，7.62，6.90，7.19 mg/kg降为1.71，1.87，1.62，1.78 mg/kg，下降率均在75%以上；而未进行共堆肥的盾构脱水泥中AES含量降幅较小，仅下降了37.71%。由此表明香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥混合共堆肥，不仅有利于部分盾构泥的处置，而且促进了盾构泥中AES的降解。

图1 香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥过程中AES含量的变化

2.2 香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥终产物中主要元素的含量

以香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥按一定比例(质量比)混合共堆肥发酵20 d后一级、二级草坪土与一级、二级花坛土主要元素含量结果见表1。从表1可知，4组种植土挥发性固体(VS)含量在45.1～55.6 g/kg之间，N含量在3.2～4.0 g/kg之间，P含量在1.9～2.1 g/kg之间，K含量在10.7～11.0 g/kg之间，土壤中VS，N等含量均满足《绿化种植土壤CJ/T340-2016》要求。考虑同时实现盾构脱水泥与园林绿化废弃物最大化处理并取得较好的堆肥效果，建议园林绿化废弃物堆肥产物与盾构脱水泥按25∶1的比例(质量比)混合共堆肥。

2.3 盆栽试验

以香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥发酵20 d产物的一级、二级草坪土种植马尼拉草种，而一级、二级花坛土中分别种植杜鹃花与满天星，结果见表2。从表2可知，一级草坪土(25∶1)与二级草坪土(30∶1)中，马尼拉草种子发芽率分别为92%与86%，30 d后马尼拉草生长良好；一级花坛土(20∶1)中移栽杜鹃花与二级花坛土(25∶1)中移栽满天星后30 d的成活率均为100%，且均生长良好，株高与生物量均有增大，说明香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥产物可作为绿化种植土。

表1 香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥终产物调配绿化挥发性固体(VS)等含量 g/kg

表2 堆肥终产物盆栽试验结果

3 讨论与结论

(1) 香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥分别以质量比1∶25与1∶30共堆肥发酵20 d，终产物中N，P，K、有机质含量分别满足《绿化种植土壤CJ/T340-2016》中草坪土的一级、二级质量标准；香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥分别按质量比1∶20与1∶25共堆肥20 d，终产物中N，P，K、有机质含量满足《绿化种植土壤CJ/T340-2016》花坛土的一级、二级质量标准。

(2) 香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥共堆肥明显促进了盾构脱水泥中主要污染物AES的降解，堆肥20 d后，堆肥产物中AES表面活性剂含量下降率均在75.24%以上。

(3) 两段式堆肥产物盆栽试验结果表明，盾构脱水泥联合城市园林绿化废物与鸡粪二段式堆肥产物可用作园林绿化植物种植土。二段式堆肥终产物一级草坪土(25∶1，脱水盾构土:香樟树枝堆肥产物，质量比)与二级草坪土(30∶1，脱水盾构土:香樟树枝堆肥产物，质量比)中，马尼拉种子发芽率分别为92%与86%；一级花坛土(20∶1，脱水盾构土:香樟树枝堆肥产物，质量比)中移栽的杜鹃与二级花坛土(25∶1，脱水盾构土:香樟树枝堆肥产物，质量比)中移栽的满天星成活率均为100%。

综上所述，香樟树枝堆肥产物与盾构脱水泥混合共堆肥，不仅有利于盾构脱水泥的环保处置，堆肥后产物可进行二次利用，而且促进了盾构泥中AES的降解，降低了盾构脱水泥中AES对环境的危害。