畜禽養(yǎng)殖沼液回用土壤磷元素吸附解析環(huán)境行為分析

1、畜禽養(yǎng)殖沼液回用土壤磷元素吸附解析環(huán)境行為分析摘要：我國(guó)是畜禽養(yǎng)殖大國(guó)，產(chǎn)污量大且處理效率低，多數(shù)集約化養(yǎng)殖場(chǎng)的 含磷污水未經(jīng)深度處理直接排放到水體造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化。文章通過對(duì)集約化 養(yǎng)殖場(chǎng)沼液中磷素進(jìn)入土壤吸附解析環(huán)境行為進(jìn)行研究，確定厭氧或好氧工藝處 理畜禽養(yǎng)殖沼液,合理選擇回灌土壤類型和土壤柱尺寸，最終根據(jù)langmuir 方程得出土壤磷最大吸附量（qmax ）、吸附常數(shù)（k ）、最大緩沖容量（qmaxk ） 等參數(shù)探討分析土壤對(duì)磷的吸附解析能力。對(duì)保護(hù)土壤環(huán)境和水環(huán)境，降低水體 富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：沼液；土壤柱；磷；吸附；解析近年來,隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)畜禽養(yǎng)

2、殖業(yè)發(fā)展迅速，集約化、發(fā) 展規(guī)模化的水平也越來越高，但是畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問 題。未經(jīng)處理的畜禽糞便和廢水直接排入環(huán)境對(duì)地下水、地表水、土壤和空氣造 成嚴(yán)重的污染。我國(guó)現(xiàn)階段畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢水處理技術(shù)主要有畜地平衡模式、達(dá)標(biāo)排放模式和綜合利用模式，現(xiàn)階段主要采用厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣處理工 藝，但畜禽糞便厭氧發(fā)酵后，仍然含高濃度的有機(jī)污染物、氮和磷素。目前，磷的可持續(xù)利用以及從生產(chǎn)和生活的再循環(huán)，已成為資源與環(huán)境管理 方面的熱點(diǎn)硏究課題。當(dāng)污水中的磷去除與回收同時(shí)考慮時(shí)，除磷可通過回收目 標(biāo)產(chǎn)物的方式實(shí)現(xiàn)。因此，研究畜禽養(yǎng)殖沼液回用土壤磷含量及吸附解析行為， 對(duì)降低水體富營(yíng)養(yǎng)化具有重要

3、的現(xiàn)實(shí)意義。、畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液的處理工藝畜禽養(yǎng)殖廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，廢水中含有濃度較高的氮和磷,應(yīng)采用 具有脫氮除磷功能的工藝,如活性污泥法（sbr ）、氧化溝等處理技術(shù)。好氧處 理中推薦采用穩(wěn)定塘處理、土地處理和人工濕地等自然生物處理。自然生物處理 法基礎(chǔ)建設(shè)成本低，功耗小，在一定條件下,這種方法可用廢水灌溉水的資源利 用來實(shí)現(xiàn)。然而,該法仍有缺點(diǎn),如占地面積大、易影響環(huán)境衛(wèi)生、處理效果易 受季節(jié)影響等。經(jīng)厭氧處理后廢水中的cod去除率為70%85% ,且運(yùn)行成本相對(duì)較低。 厭氧處理后既可以實(shí)現(xiàn)無害化，同時(shí)還可以回收沼氣和有機(jī)肥料，是解決養(yǎng)殖廢 水無害化和資源化問題的最有效的技術(shù)方案,是規(guī)

4、?；笄輬?chǎng)糞便污水治理的最 佳選擇。目前行業(yè)內(nèi)較為成熟的厭氧工藝主要有折流式反應(yīng)器（abr ）、全混 合厭氧反應(yīng)器（cstr ）、升流式厭氧污泥床（uasb ）、升流式固體反應(yīng)器（usr ） 等。糞污種類、工程類型和工藝路線影響著厭氧反應(yīng)器的選擇和設(shè)計(jì)。cstr、 usr等適用于固體懸浮物（ss ）濃度高的廢水處理和生豬糞污綜合利用處理； uasb是糞污達(dá)標(biāo)排放處理工藝推薦采用的厭氧反應(yīng)器類型，但要求進(jìn)水的ss 濃度較低，abr介于兩者之間。張智等人通過對(duì)兩級(jí)a/0工藝處理沼液的效果 cod、nh3-n. ss、tn 分別為 80.1%. 83.2%、91.1%. 48.6%o 余薇薇等 人通

5、過對(duì)改良型a/o工藝處理沼液的效果ss、cod、nh3-n. tn、tp的平 均去除率為 90.7%、90.7%、92.3%. 76.4%、84%。二、土壤類型的確定重慶市分布面積最廣的土類是紫色土，面積為2737346.10 hm2 ,占全市 土地面積的33.22%o紫色土可以保持穩(wěn)定的土壤性質(zhì),具有優(yōu)良的生產(chǎn)性能和 很高的土壤生產(chǎn)率。紫色土是發(fā)育于紫色巖層的幼年土，豐富的礦物成分,不同 母質(zhì)、肥力紫色土間差異較大。郭松松等人的研究表明消落帶土壤有機(jī)質(zhì)含量黃 壤土紫色土 沖積潮土，土壤類型對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量影響不明顯;不同土壤類 型氧化還原電位沖積潮土黃壤土 紫色土，氧化還原電位差異明顯，沖積

6、潮土 的還原性最強(qiáng)，紫色土最弱；不同土壤類型含水率紫色土黃壤土 沖積潮土,含水率的差異不大。紫色土為初育巖性土，受氣候帶的影響較小，土壤的診斷層 發(fā)育顯著,紫色風(fēng)化物母質(zhì)和土壤的碳酸鈣含量大于3% , ph值大于7.5，劃為 石灰性紫色土亞類；碳酸鈣含量1-3% , ph值6.5-7.5 ,劃為中性紫色土亞類; 碳酸鈣含量1% , ph值小于6.5 ,劃為酸性紫色土亞類。李靜等人研究表明淹水和干濕交替能促進(jìn)紫色土和水稻土對(duì)磷的吸附行為，減小磷的解吸率，降低磷 水土界面的遷移能力,其向環(huán)境釋磷風(fēng)險(xiǎn)為未淹水土壤干濕交替土壤淹水土 壤,紫色土 水稻土。三、土壤柱的設(shè)計(jì)土壤柱的相關(guān)尺寸決定的實(shí)驗(yàn)的效果

7、。如張雨梅等人在洛克沙腫在土壤柱中 的淋溶遷移實(shí)驗(yàn)中,土壤柱為內(nèi)徑5cm z高度15cm z并用蠕動(dòng)泵控制淋溶的速度；趙慶良等人在再生水用于地下回灌過程中有機(jī)物的遷移和去除實(shí)驗(yàn)中，土壤柱材料為有機(jī)玻璃,柱高150cm ,直徑10cm z并且為取樣方便,將土壤柱分為3個(gè)串聯(lián)，各段用法蘭連接；王玉軍等人在阿特拉津在土柱中的淋溶規(guī)律研 究實(shí)驗(yàn)中，土壤柱為高度30cm,每10cm為一采樣點(diǎn)。綜上研究可得：當(dāng)土壤 柱的高度達(dá)到一定高度的時(shí)候，會(huì)對(duì)土壤柱中土壤的裝取形成一定干擾。因此, 可以考慮使用多個(gè)小土壤柱串聯(lián),在土壤柱串聯(lián)處使用法蘭連接，便于土壤的裝 ??；沼液的灌入使用蠕動(dòng)泵控制流速；取樣的開口盡量

8、有規(guī)律且相對(duì)集中；土壤 柱應(yīng)選擇透明度高的材料，如pvc、有機(jī)玻璃等;土壤柱表面刻有尺度，便于 讀取數(shù)據(jù)。四、土壤對(duì)磷元素的吸附過程土壤對(duì)磷元素的吸附可分為物理吸附物理化學(xué)吸附和化學(xué)吸附。langmuir 和freundlich方程描述了土壤磷元素吸附過程，得岀土壤對(duì)磷吸附的重要參數(shù): 吸附常數(shù)（k ）、磷最大吸附量（qmax ）、最大緩沖容量（qmaxk ）。吸附常 數(shù)在一定程度上反映了土壤吸附磷的幾個(gè)能級(jí),該值越大，顯示處土壤與磷的結(jié) 合能越大。許多研究表明，土壤對(duì)磷的吸附不僅與粒度、本身的化學(xué)組分等有關(guān), 還受有機(jī)質(zhì)含量、ph、鹽度、溫度等的影響。1淹水條件下的影響李靜等人研究表明同一種

9、土樣對(duì)磷的吸附量:淹水條件干濕交替未淹水 條件，并且未淹水條件下土壤對(duì)磷的吸附量遠(yuǎn)小于淹水和干濕交替條件下土壤對(duì) 磷的吸附量。郭松松等人研究表明周期性淹水可能導(dǎo)致消落帶土壤磷的流失，并 增大其空間異質(zhì)性的分布。 2.不同土壤質(zhì)地的增加朱強(qiáng)等人硏究表明：隨著粘土含量的增加，土壤對(duì)磷的吸附量，即粘土 壤 土砂壤土；隨著粘土含量的增加，易解吸磷、解吸量、解吸率均呈下降趨勢(shì)， 即砂壤土壤土粘土。3 有機(jī)質(zhì)的影響李華等人硏究表明：有機(jī)質(zhì)含量和cec也是影響磷吸附的重要因素，cec 越高的土壤，其表面負(fù)電荷數(shù)量越多,對(duì)磷的排斥作用就越大，從而吸附量就越 小。有機(jī)質(zhì)與磷競(jìng)爭(zhēng)土壤表面的吸附位，使有機(jī)質(zhì)含量增加

10、，對(duì)磷的吸附影響增 大。紅壤性水稻土和磚紅壤cec和有機(jī)質(zhì)含量均高于紅壤，并且隨著ph升高, 土壤表面可變負(fù)電荷增加，其可能是兩種土壤對(duì)磷吸附量隨ph升高而明顯減少的原因。4.ph的影響馬良等人硏究表明：不同土壤對(duì)磷的吸附量隨ph變化表現(xiàn)出不同的發(fā)展趨 勢(shì)。在ph為3.0 5.5范圍內(nèi)，紅壤性水稻土和磚紅壤對(duì)磷的吸附量會(huì)隨ph增加呈直線減少的變化趨勢(shì),紅壤性水稻土對(duì)磷的吸附量隨ph的變化幅度較 大；紅壤對(duì)磷的吸附量先隨ph增加而增加，約在ph 4.0時(shí)達(dá)最大值,之后有所下降，但土壤對(duì)磷的吸附量隨ph變化的幅度比紅壤性水稻土和磚紅壤小得 多。五、土壤對(duì)磷元素的解析過程土壤對(duì)磷的解析過程是復(fù)雜的，

11、主要包括無機(jī)磷酸鹽的溶解和有機(jī)磷酸鹽的 礦化作用。土壤的組成、土壤磷含量、氧化還原電位、溫度及微生物含量等因素 都影響土壤對(duì)磷的解析過程。l溫度及微生物的影響liikanen硏究發(fā)現(xiàn)無論是好氧還是厭氧條件”磷的釋放都將隨溫度升高而 增加,溫度每升高1-3°c ,底泥釋磷量會(huì)增加957%。劉玉蘭等人的硏究表明 微生物的分解加速溶解氧的耗竭,微生物的活動(dòng)促進(jìn)磷釋放到水體”微生物的作 用可把有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷，并促使不溶性磷溶解。通過各結(jié)合態(tài)磷之間的相互 轉(zhuǎn)化，可能增加或減少土壤總磷的含量。2.氧化還原電位的影響氧化還原電位對(duì)磷的解析有較顯著的影響,較高的氧化還原電位(>350mv

12、)能使fe3+與磷酸鹽形成不溶的磷酸鐵，可溶性磷也會(huì)被氫氧化鐵吸附而逐漸沉降，較低的氧化還原電位(<200mv )有利于fe3+轉(zhuǎn)化為fe2+ , 使鐵結(jié)合磷與被吸附的磷酸鹽變成溶解態(tài)而析岀,使不同的fe(0h)3轉(zhuǎn)化為fe2+形式，磷釋放量增加。3 磷濃度的影響在不同處理過程中，磷的解析試驗(yàn)顯示，對(duì)照處理隨磷濃度的增加，磷的解 析量逐漸增大，且解析率也呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)；當(dāng)加入的磷濃度小于20mg/l時(shí), 解析率平均為18.36% ;當(dāng)加入的磷濃度大于20mg/l時(shí)，解析率平均為 29.65%。4.土壤顆粒大小及土壤來源的影響對(duì)不同大小土壤顆粒間比較發(fā)現(xiàn)，隨著土壤顆粒粒徑的增大，磷的解析率

13、增加。0.25 1mm、25mm、5mm 粒徑顆粒與v0.25mm 土壤顆 粒相比，磷的解析率分別平均增加11.8%, 18.4%. 21.6%. 22.6%。由此說明,大顆粒不利于磷的吸附，但有利于磷的解析。與土壤原樣相比，1mm以下的兩 個(gè)土壤顆粒(0.25mmx 0.25 1mm )的磷素解析率比土壤原樣的小，而大于 1mm的土壤顆粒(1 2mm、2 5mm、5mm )的磷素解析率比土壤原樣的 高。土壤對(duì)磷的解吸量和解吸率都隨吸附量的增加而增加，除自然生草ck外， 其他4種土壤對(duì)磷的解吸率都較低,為9.29% 19.05%。自然生草果園土壤對(duì) 磷的解析率達(dá)到55% ,而且在相同吸附量，自

14、然生草土壤對(duì)磷的解吸量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工生草土壤，說明該地區(qū)自然生草果園土壤對(duì)磷的緩沖能力較弱，而經(jīng)人 工種植牧草均明顯的提高土壤對(duì)磷的緩沖能力。六、結(jié)語我們發(fā)現(xiàn)土壤對(duì)磷的吸附在淹水條件下干濕交替未淹水條件；土壤對(duì)磷的吸附量隨粘粒含量的增加而增大；不同土壤對(duì)磷的吸附量隨ph變化呈不同的變化趨勢(shì);土壤對(duì)磷的吸附量隨有機(jī)質(zhì)含量增加而增大。土壤對(duì)磷的解析隨溫度 升高而增大；隨土壤顆粒粒徑變大而增加;加入磷濃度的增加，磷的解析量逐漸 增加,而且解析率也呈升高的趨勢(shì)。通過畜禽養(yǎng)殖沼液回用土壤磷元素吸附解析 環(huán)境行為分析與影響因素的研究，可闡明畜禽養(yǎng)殖沼液的可持續(xù)利用，降低水體 富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。參

15、考文獻(xiàn):1張智，畢生蘭，余薇薇.兩級(jí)a/0工藝處理奶牛養(yǎng)殖低c/n沼液試驗(yàn) 研究j給水排水,2012 , 38 ( 1 ) : 134-137.2余薇薇，張智”畢生蘭，劉超.改良型兩級(jí)a/o工藝處理畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼 液研究幾中國(guó)給水排水，2011 z 27 ( 1) : 8小3郭松松.三峽庫(kù)區(qū)消落帶磷賦存形態(tài)及吸附釋放規(guī)律硏究叨重慶大 學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，2012.4李靜，魏世強(qiáng)，楊勇，江帆，胡巍庫(kù)區(qū)消落區(qū)紫色土與水稻土林吸附 解吸特征幾 西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,27 ( 4 ) : 459-463.5張雨梅，陳軍，史玉靜，劉慧嵐.洛克沙腫在土壤柱中的淋溶遷移j農(nóng) 業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，200

16、9,28 ( 11 ) : 2348-2353.趙慶良，王麗娜，薛爽，劉志剛，尤世界，王紹華再生水用于地下回 灌過程中有機(jī)物的遷移和去除幾應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007 ,18(7 ) : 1661-1664.7王玉軍，張鐸,楊悅,蘭金富,田麗麗阿特拉津在土柱中的淋溶規(guī)律硏究卩水土保持報(bào)，2011 z 25 ( 3 ) : 254-256.8朱強(qiáng).三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤磷吸附特性及淹水落干周期下的變遷d.武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，2012 ,6:4.9 李華，李永青,沈成斌,尹建平,賀振偉.風(fēng)化煤施用對(duì)露天煤礦區(qū)復(fù)墾土壤理化性質(zhì)的影響硏究j.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)與學(xué)報(bào)，2008,27 ( 5 ): 175

17、2-1756.10 馬良，徐仁扣.ph和添加有機(jī)物料對(duì)3種酸性土壤中磷吸附解吸的影 響卩生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2010,26 ( 6 ) : 596-599.11 liikanen , p casper z r koschei. mechanism of phosphorus release from the bottom sediment of the oligotrophic lake stechlin : importanee of permanently oxic sediment surfacej.archiv fur hydrobiologie , 2001 , 151 : 203-219.12 劉玉蘭，皺蘭等.光照、溫度和藻類對(duì)底泥釋放磷的影響j環(huán)境科學(xué) 硏究，1992 ,5 ( 2 ) : 41-44.13 e in gall , r jahnke , e in gall , r jah nke. evide nee for enha