上海主要污水处理厂污泥中多环芳烃和磷的特性分析

【摘要】： 上海每年污水处理厂都产生大量的污泥,,污泥的处理处置极受公众关注。由于污泥中含有丰富的营养物质,污泥土地利用被认为是一种积极、有效的处置方式。同时上海的城市土壤普遍存在有机质含量低,结构差,容重大,通气孔隙少等缺陷,污泥对土壤的改良作用,正好可以解决上海城市土壤存在的问题。只有营养丰富,污染物含量低的污泥才具备土地利用价值。污泥中潜在的污染物很多,其中多环芳烃(PAHs)、过量的磷等都是污泥土地利用时需要优先控制的。 对上海主要的13个污水处理厂污泥的基本性质分析显示：pH值在6.01～7.20之间,正好可以中和上海碱性和强碱性土壤；有机质含量为19.86%～70.14%,总养分(P2O5+K2O+N)含量在23.02～96.58 g·kg-1之间,基本符合上海市或农业部关于有机肥料质量标准；上海主要污水处理厂污泥养分具备了土地利用价值。 利用索氏抽提和GC/MS方法测定上海主要的13个污水处理厂污泥中的16种PAHs含量,∑PAHs为1.156～5.505 mg·kg-1,基本符合国外关于有机废弃物土地利用时对PAHs的控制要求；与国内其它城市相比,上海污泥中的PAHs含量中等或偏低；PAHs的含量不是上海污泥土地利用时的主要限制因子。同时污泥在堆肥过程中PAHs有明显的降解,竹园污水处理厂污泥PAHs的含量从堆肥前的6.225 mg·kg-1下降到堆肥112 d时的3.202 mg·kg-1,降解率为48.57%；不同种类的PAHs的降解程度也不一样,具有中等分子量的3环和4环化合物的降解效果较好。 和传统NaOH熔融法相比,NaOH/EDTA能浸提出污泥中约91%～116%的磷,而对施用污泥土壤磷的浸提率约为54%～93%,其中酸性土壤磷的浸提率相对高,而有碳酸钙沉积的土壤磷的浸提率相对低。利用31P核磁共振测定磷的形态表明,上海主要的13个污水处理厂污泥中的磷主要以无机正磷酸盐和正磷酸单酯为主,只有极少数污泥中含有正磷酸二酯和无机焦磷酸盐,没有发现多磷酸盐和膦酸酯。污泥施用到土壤后不但提高了土壤中磷的总量,而且也增加了磷的形态,并和污泥本身磷的形态基本一致。磷在土壤中的形态变化主要发生在污泥施用到土壤的14 d之内,之后磷的形态基本稳定。其中无机正磷酸盐含量从55.22%～57.88%增加到80.32%～87.47%；正磷酸二酯完全消失；正磷酸单酯含量从23.80%～28.84%降至15%左右；而无机焦磷酸盐含量从10%左右降至1%以下。就土壤不同性质而言,低pH和粘质土更有利于有机磷固定。污泥的堆肥试验也表明磷形态变化与培养试验的趋势基本一致。污泥施加到土壤中后有机磷在短期内转化为无机磷,有利于植物对磷的吸收利用,但对水体富营养化的潜在危害加大,建议污泥土地利用时要做到少量多次。 【关键词】：污泥 土地利用 多环芳烃 磷的形态 ~(31)P核磁共振
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-26
• 1 课题研究背景11-12
• 1.1 课题来源11
• 1.2 上海市污泥现状及资源化前景11-12
• 1.2.1 上海市污泥现状11
• 1.2.2 上海城市土壤现状11-12
• 2 污泥的来源及处置方式12-15
• 2.1 污泥的来源及产生量12-13
• 2.2 污泥的处置方式13
• 2.3 污泥土地利用的价值13-14
• 2.4 污泥土地利用存在的问题及对策14-15
• 2.4.1 存在的问题14-15
• 2.4.2 对策15
• 3 污泥中多环芳烃(PAHs)和磷的形态的研究进展15-25
• 3.1 污泥中多环芳烃(PAHs)的研究进展15-17
• 3.1.1 多环芳烃(PAHs)的分析方法16-17
• 3.1.2 环境样品中多环芳烃(PAHs)的研究17
• 3.2 环境样品中磷的形态的研究进展17-25
• 3.2.1 环境样品中磷的测定方法18-21
• 3.2.1.1 总磷的测定方法18-19
• 3.2.1.2 无机磷的测定方法19
• 3.2.1.3 有机磷的测定方法19-21
• 3.2.2 ~(31)P核磁共振(~(31)P-NMR)研究环境样品中磷的进展21-25
• 3.2.2.1 ~(31)P核磁共振(~(31)P-NMR)的发展21
• 3.2.2.2 ~(31)P核磁共振(~(31)P-NMR)的原理21-22
• 3.2.2.3 液相-~(31)P NMR与固相-~(31)P NMR的比较22-23
• 3.2.2.4 液相-~(31)P NMR的实验准备步骤23-24
• 3.2.2.5 ~(31)P NMR研究的环境样品24-25
• 4 本课题研究的目的和意义25-26
• 第二章 上海主要污水处理厂污泥中养分含量的总体评价26-31
• 1 前言26
• 2 材料与方法26-28
• 2.1 材料来源26-28
• 2.2 化学分析方法28
• 3 结果与讨论28-30
• 3.1 污泥基本性质与全国污泥性质比较28-29
• 3.2 上海新建城市绿地土壤质量29-30
• 3.3 与有机肥料标准的比较30
• 4 结论30-31
• 第三章 上海主要污水处理厂污泥中PAHs的分布特征及在堆肥过程中的降解31-42
• 1 前言31
• 2 试验设计与分析方法31-37
• 2.1 材料来源及堆肥试验设计31-32
• 2.1.1 材料来源31
• 2.1.2 堆肥试验设计31-32
• 2.2 PAHs的分析方法32-37
• 2.2.1 污泥中PAHs分析方法的探索32-34
• 2.2.1.1 具体试验过程33-34
• 2.2.1.2 测定结果34
• 2.2.2 样品的预处理及测定34
• 2.2.3 空白与回收实验34-37
• 3 结果与讨论37-41
• 3.1 上海主要污水处理厂污泥中16种PAHs总量的分析37-38
• 3.2 污泥堆肥过程中PAHs的降解情况38-41
• 3.2.1 16种PAHs的降解情况38-40
• 3.2.2 堆肥腐熟后16种PAHs的含量及其降解情况40-41
• 4 结论41-42
• 第四章 污泥中磷化合物的特征及土地利用和堆肥过程中的形态转换42-64
• 1 前言42
• 2 材料与方法42-45
• 2.1 污泥样品的来源42
• 2.2 试验设计42-44
• 2.2.1 培养试验设计43
• 2.2.1.1 试验材料43
• 2.2.1.2 培养试验设计43
• 2.2.2 堆肥试验设计43-44
• 2.2.2.1 材料来源43
• 2.2.2.2 堆肥试验设计43-44
• 2.3 分析方法44-45
• 2.3.1 基本理化性质分析44
• 2.3.2 样品的~(31)P NMR分析44-45
• 2.3.2.1 样品的浸提44
• 2.3.2.2 NMR仪器设置44-45
• 3 结果与讨论45-62
• 3.1 13个污水处理厂污泥中磷化合物的特征45-50
• 3.1.1 两种方法测定总磷的比较及NaOH/EDTA的浸提效率45-47
• 3.1.2 污泥样品~(31)P NMR的测定结果及分析47-48
• 3.1.3 ~(31)P NMR图谱中磷化合物积分结果的分析48-49
• 3.1.4 污泥中两种有机磷测定方法的比较49-50
• 3.2 污泥施加到土壤中后磷形态的变化50-57
• 3.2.1 污泥施用对土壤基本性质影响及两种测定方法对总磷的影响50-52
• 3.2.2 污泥施到土壤中对磷化合物形态的影响52-54
• 3.2.3 污泥施到土壤中后不同形态磷含量的变化54
• 3.2.4 土壤性质对磷形态的影响54-56
• 3.2.5 污泥中磷的形态变化规律以及对磷污染控制的意义56-57
• 3.3 污泥堆肥过程中磷形态的变化57-62
• 3.3.1 堆肥过程中温度与有机物的变化57-59
• 3.3.2 堆肥过程中磷形态的变化59-61
• 3.3.3 堆肥过程中磷化合物比例变化分析61-62
• 4 结论62-64
• 第五章 总结和展望64-66
• 1 总结64-65
• 2 展望65-66
• 参考文献66-75
• 致谢75-77
• 攻读学位期间发表的学术论文目录77

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