高溫好氧堆肥對豬糞中重金屬的鈍化技術研究

譚文津，劉秀梅，汪懷健，丁君輝

（1．江西省環境信息中心，南昌 330077；2．江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所，南昌 330200；3．江西省農業大學國土資源與環境學院，南昌 330045；江西省畜牧技術推廣站，南昌 330077）

隨著規模化和集約化畜禽養殖業的不斷發展，產生的大量畜禽糞便對環境造成了嚴重威脅。而畜禽糞便中含有大量的重金屬，對土壤和環境造成嚴重的污染，嚴重影響畜禽生長和人體健康。本研究以豬糞為研究對象，采用高溫好氧堆肥方法，選用10%、20%添加量的風化煤、粉煤灰、草炭2 種重金屬鈍化劑6 個處理，研究其對重金屬Cu、As、Cr 的水溶態、交換態的鈍化效果；旨在選取最優重金屬鈍化方法，為畜禽糞肥的推廣無污染使用提供技術依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

豬糞、稻殼、木屑均取自江西省南昌縣銀三角良種種豬場；粉煤灰購自江西晨鳴紙業集團公司；草炭購自江西省新干縣；風化煤取自江西省宜春風化煤廠；秸稈腐殖質取自江西省農業科學院土肥所。堆肥原材料的理化性質見表1和表2。

表 1 堆肥物料性質

表2 堆肥原材料的重金屬含量 mg/kg

1.2 試驗方案

試驗在江西省南昌縣銀三角良種種豬場內進行。處理對象為養殖場當天干清糞清理出來的豬糞，預先將豬糞、稻草、木屑（3∶1∶1）混合，設7 個處理（分別混入10%粉煤灰、20%粉煤灰、10%風化煤、20%風化煤、10%草炭、20%草炭、對照），3 次重復。

測定處理樣堆肥前和堆肥后的Cu、Cr、As 的總量，水溶態、交換態含量。重金屬的形態測定采用ICP 測定，重金屬的形態分級采用Leleyter 連續萃取法：

1）水 溶 態: 準 確 稱 取2 000 g 樣品，置于100 mL 塑料離心管中，加入20 mL 去離子水，室溫振蕩30 min，以4 000 r/min 離心15 min，過0.45 μm濾膜，加1 滴濃HNO3，將濾液在4 ℃下保存備用。取上清液。

2） 交 換 態：將“1）” 的 殘 留物，加 入1 mol/L 的 Mg(NO3)2溶 液20 mL，在室溫下連續振蕩2 h，以4 000 r/min 離心15 min，過0.45 μm濾膜，加1 滴濃HNO3,將濾液在4 ℃下保存備用 ；離心管中的樣品用20 mL去離子水洗滌（振蕩15 min，離心10 min），取上清液，過濾，收集備用。

分配率=不同形態含量/總濃度×100%；分配率差值=堆肥前的分配率－堆肥后的分配率；總體鈍化效果=（堆前水溶態分配率+堆前交換態分配率－堆后水溶態分配率－堆后交換態分配率）/（堆前水溶態分配率+交換態分配率）×100%。

表3 不同鈍化劑處理對銅、砷、鉻總量的影響 mg/kg

表4 不同比例鈍化劑處理堆肥前后重金屬銅的形態變化

表5 不同比例鈍化劑處理堆肥前后重金屬砷的形態變化

2 結果與分析

2.1 不同比例鈍化劑對豬糞堆肥重金屬總量的影響

表3 為不同處理中銅、砷、鉻的總量變化。可以看出經過好氧高溫堆肥處理，水分散失，CO2及揮發性物質揮發損失，以及可降解的有機物在微生物作用下分解、轉化為穩定的有機物使堆體變小，豬糞中各種重金屬總量都有不同程度的升高，表現為明顯的“相對濃縮效應”，這與鄭國砥的純豬糞堆肥重金屬總量的變化和劉浩榮的不同重金屬鈍化劑對豬糞堆肥重金屬總量變化表現一致 。總銅、砷、鉻各處理含量為堆肥前的101%～273%，參照我國農用污泥中污染物控制標準（GB-4284-1984），各處理銅含量超標為15%～249%，砷、鉻含量均未超標。

2.2 不同比例鈍化劑對豬糞堆肥重金屬形態的分布影響

2.2.1 不同比例鈍化劑對豬糞堆肥重金屬Cu 形態的分布影響

表4 可以看出，堆肥處理后，各處理水溶態、交換態Cu 的含量普遍降低。從堆肥后水溶態含量來看20%粉煤灰處理含量最低，除風化煤處理外，添加20%調理劑處理含量均低于添加10%調理劑處理；從堆肥后交換態含量來看風化煤20%處理含量最低，添加20%調理劑處理含量均低于添加10%調理劑處理。

圖1 不同堆肥處理水溶態銅含量分配率變化差值

圖2 不同處理交換態銅含量分配率變化差值

由圖1 可以看出，各處理對水溶態銅都起到了鈍化作用，且各處理之間對水溶態銅的鈍化效果差異不同，其中風化煤20%處理的分配率差值明顯高于其他處理，說明風化煤20%處理對水溶態銅的鈍化效果最好。所有添加20%調理劑處理分配率差值均高于添加10%調理劑處理，說明所有添加20%調理劑處理對水溶態銅的鈍化效果均好于添加10%調理劑處理。除粉煤灰10%處理外，其余各處理鈍化效果均好于對照。

由圖2 可以看出，各處理對交換態銅都起到了鈍化作用，且各處理之間對交換態銅的鈍化效果差異不同，其中風化煤20%處理的分配率差值最高，鈍化效果最好。且所有添加20%調理劑處理分配率差值均高于添加10%調理劑處理，說明添加20%調理劑處理對交換態銅的鈍化效果均好于添加10%調理劑處理的鈍化效果，除草10%、粉10%處理外，其余各處理鈍化效果均好于對照。

2.2.2 不同比例鈍化劑對豬糞堆肥重金屬As 形態的分布影響

由表5 可以看出，堆肥處理后，各處理水溶態、交換態As 的含量普遍降低。從堆肥后水溶態含量來看,除風化煤處理外，添加20%調理劑處理含量均低于添加10%調理劑處理,其中添加20%草炭處理含量最低，但各處理水溶態含量均比對照高；從堆肥后交換態含量來看風化煤10%處理含量最低，其余各處理含量均高于對照，且只有草炭處理添加20%處理含量均低于添加10%調理劑處理。

由圖3 可以看出，各處理對水溶態砷都起到了鈍化作用，且各處理之間對水溶態砷的鈍化效果差異明顯，僅有粉煤灰添加20%調理劑處理對水溶態砷的分配率差值高于添加10%調理劑處理。除風化煤處理外，其余各處理分配率均低于對照。各處理中風化煤10%處理的鈍化效果最好，其分配率差值是對照處理的4 倍，明顯好于其他處理，且風化煤20%處理的分配率差值也達到對照處理的3.5 倍，說明風化煤鈍化水溶態的砷效果最好，但過量使用會影響鈍化效果。

由圖4 可以看出，各處理對交換態砷都起到了鈍化作用，且各處理之間對交換態砷的鈍化效果差異明顯，無處理添加20%調理劑處理對水溶態砷的分配率差值高于添加10%調理劑處理。僅風10%、風20%、粉10%三處理分配率差值高于對照處理。風化煤10%、風化煤20%二處理分配率差值相同，且為最高，但堆后風10%含量低于風20%，說明風化煤10%處理對交換態的砷鈍化效果最好，但風化煤過量使用對砷交換態鈍化效果無明顯影響。

圖3 不同堆肥處理水溶態砷含量分配率變化差值

圖4 不同處理交換態砷含量分配率變化差值

圖5 不同堆肥處理水溶態鉻含量分配率變化差值

圖6 不同處理交換態鉻含量分配率變化差值

表6 不同比例鈍化劑處理堆肥前后重金屬鉻的形態變化

2.2.3 不同比例鈍化劑對豬糞堆肥重金屬Cr 形態的分布影響

由表6 可以看出，堆肥處理后，各處理水溶態、交換態Cr 含量普遍降低。從堆肥后水溶態含量來看，只有粉煤灰20%處理含量低于粉煤灰10%調理劑處理含量。粉煤灰20%處理含量最低，且低于對照處理含量，其他處理均高與對照處理含量；從堆肥后交換態含量來看，草炭處理、粉煤灰處理其20%添加劑處理低于10%調理劑處理含量，草10%、草20%、風10%、粉10%、粉20%處理堆肥后含量低于對照處理，其中粉煤灰20%處理堆肥后含量最低。

由圖5 可以看出，各處理對水溶態鉻都起到了鈍化作用，各處理對水溶態鉻的鈍化效果差異明顯。僅有風化煤添加20%調理劑處理對水溶態鉻的分配率差值高于添加10%調理劑處理，草10%、風10%、20%、粉10%、粉20%五處理分配率差值高于對照處理分配率差值，其中粉10%處理分配率差值最高，為對照處理分配率差值的11倍，說明粉10%處理對水溶態砷的鈍化效果最好。

由圖6 可以看出，各處理對交換態鉻都起到了鈍化作用，鈍化效果差異明顯。僅粉煤灰20%處理對交換態鉻的分配率差值高于粉煤灰10%處理，草10%、草20%、風10%、粉煤灰20%四處理分配率差值高于對照處理分配率差值，其中草10%處理分配率差值最高，說明草10%對交換態鉻的鈍化效果最佳。

2.3 小結

在豬糞高溫好氧堆肥中添加10%和20%比例的粉煤灰、風化煤、草炭3 種重金屬鈍化劑，測定堆肥前后的銅、砷、鉻總量，水溶態和交換態含量。結果表明，所有添加材料對Cu、As、Cr 均有不同程度的鈍化作用，水溶態、交換態含量明顯降低，其原因可能是受豬糞堆肥中腐殖質的影響所導致。且不同鈍化劑對不同的重金屬鈍化效果不同，鈍化劑不同比例對重金屬的鈍化效果也不同。對各重金屬Cu、As、Cr 最優鈍化處理效果如下：

1)豬糞堆肥重金屬Cu 的最佳鈍化劑及合適添加比例為風化煤20%處理，降低水溶態Cu 的分配率差值5.7%、交換態的Cu 的分配率差值3.6%。總體鈍化效果達到76.8%。

2)豬糞堆肥重金屬As 的最佳鈍化劑及合適添加比例為風化煤10%處理，降低水溶態As 的分配率差值8.3%，降低交換態As 的分配率差值6.4%。總體鈍化效果達到43.9%。

3)豬糞堆肥重金屬Cr 的最佳鈍化劑及合適添加比例為粉煤灰10%處理，降低水溶態Cr 的分配率差值3.6%，降低交換態Cr 的分配率差值5.5%，總體鈍化效果達到83.5%。