矿化和作物吸收氮的纺织生产废水污泥饼

文摘

废水污水污泥饼从纺织制造业被土壤培养实验和评估一个温室实验用作土壤改良剂提供作物N .尽管污泥有机结合N的96%,污泥总量的20% N被释放到土壤矿质N / 28天。N矿化污泥区别,见过的苜蓿在平行拍摄孵化项目。然而,硝化抑制被认为苜蓿的修正案。土壤呼吸很低的污泥处理苜蓿相比治疗,表明碳基质污泥不容易分解。第二个孵化实验表明,细分化的污泥没有必要确保矿化收益。在温室实验中,污泥N大约是25%,可用玉米l为NH₄没有₃。纺织制造业污泥提供可能抵消氮肥的要求。

1。介绍

污水污泥处理产生的废水流在市政和工业设施1]。这些材料的成分变化很大。从污水处理厂污水污泥在安大略省,加拿大,据报道(2)4% -8%固体质量(),而机械脱水污泥通常含有30%固体的质量(3]。比较的有氧污水污泥(4]给总N值的范围从5 - 76 g公斤⁻¹()和NH₄从0.03 - -11.3 g - n公斤⁻¹()。相应的范围由(5)是有机N从13 - 65 g公斤⁻¹和NH₄从0.4 - -42.8 g - n公斤⁻¹()。

超过50%的污水污泥应用于土地处理(6),而污泥通常被认为是用于农田为作物提供N [7- - - - - -10]。氮素释放不同污泥内部和之间的材料。4 - 48%的有机N矿化从市政污水污泥厌氧消化土壤孵化持续16周(11]。同样,在0%和59%之间的有机N矿化在58 - 74天的孵化与土壤实验室16个市政污泥(5]。田间试验也显示的变化。应用程序后的第一年,55%的有机N液体从二级市政污水处理污泥是矿化领域的玉米(玉米l .)和干草12]。在一个赛季中,16%的应用形式的N猪泻湖污泥恢复在草收获,有24%以类似的试验[从市政污泥中恢复过来13]。污泥泻湖来源还发现其他地方从nonlagoon plant-available N小于污泥来源(14]。剩余污泥的影响应用程序也可能(2]。污泥的硝化作用往往是明显的(15,16)和硝酸会导致交付到75厘米深度在一个赛季(17]。

这里的污泥进行脱水制备的纺织生产废水总固体量改为43%质量,对应于1.32 g H₂阿克⁻¹干污泥饼的质量。预计提取的水从污水污泥去除矿物质N,所以N矿化率的知识需要从这个污泥除了数据矿质N为了评估污泥土地效用的应用程序。渗滤液的皂素次生代谢物紫花苜蓿的根可以抑制硝化作用[18]。如果类似的抑制是由苜蓿射击,然后,苜蓿相比,污泥可以提供另一种固体形态的有机来源N没有这样的抑制。

本研究的第一个目的是确定N矿化从纺织制造业废水污泥来评估可能使用的材料,以抵消作物N需求。进一步探索硝化抑制矿化铵,实验相比,苜蓿拍摄修正案进行并行土壤孵化项目。本研究的第二个目的是预测成矿的污泥饼当应用粗糙的材料。对于这个目标,一个单独的孵化实验进行调查的影响粒径污泥饼的N矿化。第三个研究的目的是比较可用性作物吸收N的污泥无机氮肥。为此,温室实验进行污泥应用于土壤,然后用单独的玉米播种玉米锅只接受北半球₄没有₃肥料。

2。材料和方法

2.1。收集的材料

Conostogo粉砂壤土土收集用于孵化和温室实验从上15厘米的生育率低氮吸收的情节在伊罗拉研究站43°41′N和80°14′W在安大略省,加拿大。减少N可用性、田间土壤被剪裁大麦没有前一年氮肥。这种土壤潜育化的brunisol映射在加拿大的土壤分类系统(19),300克沙公斤⁻¹500 g淤泥公斤⁻¹,200 g粘土公斤⁻¹(20.]。土壤部分脱水,经过5毫米屏幕,直到使用和储存在聚乙烯袋。使用标准的饲料管理区域,紫花苜蓿在收集从情节伊罗拉研究站,干在70°C,和地面通过屏幕2毫米。紫花苜蓿拍摄了29.5毫克N g⁻¹干燥质量。提供了污泥作为污水处理厂的脱水蛋糕杜邦加拿大公司在梅特兰,加拿大。从纺织生产废水产生的污水污泥杜邦安装。梅特兰网站的污水污泥制备的纺织生产混合有氧污水处理泻湖。污泥饼是由部分水切除的应用物理与FeCl膨化后的压力₃。污泥保留1.32 g H₂阿克⁻¹干燥质量当由冷藏卡车研究一直装一塑料袋稳定这个湿度,直到使用。

2.2。分析土壤和修改

在湿度提供时,污泥是通过一个2毫米筛之前所有的分析。污泥和土壤的水分含量测定干燥常数质量在105°C。总N和C修正案是由燃烧用Leco fp - 428炉。污泥和土壤样本中提取在2.0氯化钾5:1的比例提取液为矿质N测定污泥或土壤。铵和硝酸浓度的提取测定spectrophotometrically使用标准autoanalysis系统[21]。纺织废水污泥的元素分析确定了一式三份0.5克样品中加热5毫升65%硝酸在接下来的微波序列:5分钟在250 W, 1分钟0 W,在250 W 4分钟,7分钟为400 W。渗滤液是使用绘画纸没有过滤。42纸和带到最后一卷使用ultrafiltration-purified 100毫升的水。元素组成的污泥是由分析渗滤液用ICP光学原子发射光谱法(ICP-OES)的北部矿山的发展,加拿大萨德伯里,,。

2.3。孵化实验一

污泥通过潮湿通过2毫米筛和孵化在玻璃罐子里螺钉帽密封和jar放置在黑暗中为28天25°C和0.23 g H₂阿克⁻¹干土速度的100、200、400和800毫克公斤⁻¹干燥的土壤。罐子都是混合后立即修改当天的设置。以及控制,修正案对苜蓿射率相同的N给还有9修正案治疗。有四个复制的每个组合修正案和时间,给216孵化项目。可用和铵硝酸盐测定如上所述单独的孵化项目设置和1后,当天4、7、14、28天的孵化。之前每个jar的收获,顶部空间是由气体采样罐盖子注射器通过一个橡胶的端口。浓度的有限公司₂测定注射器样品使用麻醉品Mac气相色谱仪和红外探测器。

2.4。孵化实验两个

无机N的矿化湿污泥分数能够通过2毫米,4毫米和9.5毫米屏幕是评估,给三个修正案治疗。屏幕分数和nonsieved污泥应用于400毫克公斤⁻¹干燥的土壤和控制相比,没有污泥补充道。有四个复制每个治疗相结合的修正案和时间,给48孵化单元。孵化项目保存在室温和0.23 g H₂阿克⁻¹在黑暗中干燥土壤梅森罐。铵和硝酸矿化后立即决心作为单独的孵化项目上面设置和后4和14天的孵化。

2.5。温室试验

污泥通过湿筛在使用前通过一个2毫米。土壤与污泥混合在100、200和400毫克公斤⁻¹干燥的土壤。以及控制,NH₄没有₃肥料与土壤混合在不同的孵化项目在25、50、75毫克公斤⁻¹干燥的土壤,使七治疗。有四个复制的治疗,共28个20厘米直径的锅。玉米是24天事先种子生长在温室里的锅。6每锅就播下了种子,每壶稀释到四苗后一个星期。锅是天天浇水重量分析地维护0.23 g H₂阿克⁻¹干燥的土壤。植物在6 -或seven-leaf阶段收获。芽被削减5毫米以上土壤表面在收获和干在70°C。两个33毫米土壤核心被从每个锅大约介于拍摄基地,大约一半的距离中心锅的边缘,和完整的深度。从每个锅中随机选择一个核心,用来洗根0.1毫米的屏幕上。根被得分为根长度(22在70°C)和干。分析了射击和根干总N燃烧如上所述。土壤从第二核心从渗2毫米屏幕上的每个锅,丢弃根,石头,和有机碎屑。这已筛土用于分析总氮和铵和硝酸。

2.6。统计设计和分析

所有的实验都安排在一个随机完全区组设计与随机安排在一块的治疗。治疗效果进行了探讨,利用方差分析的分离意味着使用图基系统(23]。率的比较有限公司₂生产孵化项目之间修正案Wilcoxon污泥和紫花苜蓿的非参数检验(23]配对样本根据N增加率和样本分析的时间。

3所示。结果

分析17污泥材料(24)纺织废水污泥相比(表1)。纺织废水污泥被发现温和,相似的值中位数在17污泥从文献材料,对总氮、总C, C / N比值,KCl-extractable NH₄- n(表1)。相比29.5毫克的苜蓿修正案N g⁻¹,所有N被认为是有机结合,污泥中含有1.5克NH₄- n公斤⁻¹40 g N公斤⁻¹(表1),这样大约4%的N污泥中铵的形式。污泥是相似的元素组成市政污泥(表2)尽管Mn 838毫克公斤⁻¹干质量和B在498毫克公斤⁻¹干2 - 6倍大,质量分别比意味着广泛的污泥浓度从先前的调查4]。然而,这些值为Mn和B纺织废水污泥仍在市政污泥浓度的宽范围内这些元素(4]。最近的数据也显示宽变化B和锰的浓度。环境保护署污水污泥分析范围6 - 204毫克公斤⁻¹为B在35 - 14.900毫克公斤范围⁻¹锰的(25]。

3.1。孵化实验一

铵(图1硝酸)和(图2)被释放从污泥和紫花苜蓿在孵化期。几乎所有mineral-N在污泥处理以硝酸盐的形式在28天(数字1和2),表明污泥不干扰硝化。相比之下,铵积累N 400毫克公斤是暂时性的⁻¹紫花苜蓿治疗(图1 (c)在800毫克)和持续后苜蓿添加N公斤⁻¹水平(图1 (d)),表明硝化抑制了这些较高的苜蓿修正案。矿质N是铵和硝酸形式的总和,回归的斜率为矿质N减去后发布控制,N的函数补充说,是0.20(图3)。这个斜率表示,平均而言,20%的添加N被恢复为矿物后28天的实验中,无论是否添加苜蓿的形式或污泥。

一个脉冲的有限公司₂生产以最大的四天后被认为最高的苜蓿,而有限公司₂从200毫克公斤⁻¹N和400毫克公斤⁻¹紫花苜蓿治疗后被最高一天(图4(一))。的有限公司₂从污泥孵化项目(图4 (b))较低(比相应的苜蓿治疗(图)4(一))对于大多数修正案率和采样时间的组合。

3.2。孵化实验两个

筛选污泥并不影响氮矿化,具有相似值低硝铵和类似的值增加,相对于控制,对所有屏幕尺寸(表4和14天3)。降低水平的两个最好的屏幕尺寸铵后立即设置中,相对于粗屏幕(表3),很可能造成更多的铵扩散较小的粒子表面和气态损失更精细筛选资料。

3.3。温室试验

植物在所有治疗被一片树叶发展高级阶段控制(5.9),叶子的植物⁻¹控制,意味着从6.8到7.0叶子的植物⁻¹其他的治疗方法。没有明显的负面影响污泥处理的检查植物在这个研究。硝酸铵受精和污泥修正案都造成拍摄增长反应((图)确定在24天5(一个))。拍摄N浓度反应逐步地增加化肥和污泥处理(图5 (b))。拍摄N浓度控制锅在15.4毫克g明显不足⁻¹但增加高达49.1毫克g⁻¹g和40.9毫克⁻¹率最高的污泥和肥料,分别(图5 (b))。根长密度显著()更大的工厂最低的修正案的污泥比最低的硝酸铵的修正案,但没有修改治疗不同于控制(图5 (c))。根质量密度()是类似的治疗中,总体均值±标准差= 0.36±0.08 g根L⁻¹土壤。特定的根长度()也是类似的治疗中,总体均值±标准差= 10.4±2.9厘米根毫克⁻¹根。√N浓度从9.9毫克增加g⁻¹在控制高达24.8毫克g⁻¹g和20.5毫克⁻¹率最高的污泥和肥料,分别(图5 (d))。

在NH铵₄没有₃受精土壤没有不同于控制在收获,但土壤铵并逐步地增加(图6(一))针对污泥修正案。尽管有这些差异的治疗方法,在土壤中铵的浓度在收获各治疗相对于植物的需求很低,不超过2.4毫克公斤⁻¹。硝酸盐在土壤低相对于作物需求和低于3毫克公斤⁻¹在所有的治疗,除了30.4毫克公斤硝酸盐积累⁻¹用锅率最高的污泥修正案(图6 (b))。

4所示。讨论

污泥饼的纺织生产废水,研究了土壤中矿质N孵化项目发布和提供足够的N支持玉米生长在盆土不损害农作物的迹象。矿化N矿化从苜蓿拍摄几乎没有区别。20%的有机N释放从污泥硝酸或铵/ 28天表示,纺织废水污泥的矿化率与市政污泥。在应用厌氧消化后的第一年市政污泥有机固体残,40%的有机N是恢复的大田作物玉米(26]。进一步复苏的20%和10%有机N应用估计(26第二和第三年,分别。略低利率的复苏已经记录在其他地方,有50%的污泥N恢复累计连续四场作物土地应用厌氧消化后液体市政污泥(7]。用同样的污泥所使用的材料(7),大部分矿产N从有机污泥的释放发生在三个星期后现场修正案(8]。因此,20%的有机N的矿化纺织废水污泥饼在28天内比较好市政污泥的初始速率N的释放。

虽然类似于苜蓿拍摄一个N源,免于提供的污泥硝化抑制率最高的应用程序,而硝化抑制似乎出现了较高的苜蓿修正案。N 400毫克公斤铵积累是暂时性的⁻¹紫花苜蓿治疗和持续在800毫克公斤⁻¹紫花苜蓿的治疗。硫代葡萄糖酸盐硝化抑制归因于十字花科(材料,拍摄27),但广泛发生的多酚植物,这样的蝶形花科,不抑制硝化作用[28]。皂苷在紫花苜蓿根分泌物被认为抑制硝化作用[18),所以,皂甙是一种可能的解释为苜蓿的硝化抑制活动拍摄。

呼吸是降低污泥修正案苜蓿相比治疗。少呼吸在污泥相比,苜蓿治疗可能与减少污泥碳基质的可用性。土壤呼吸数据在这里找到符合预期值,如下所示。需氧量的基础参考价值可以作为土壤20 g O₂米⁻²一天⁻¹(29日]。假设1:1相等的O₂消耗,有限公司₂释放,这个氧需求转换为1.6毫克有限公司₂- c公斤⁻¹h⁻¹气息奄奄的15厘米深度推广领域的土壤体积密度1.33 g公斤⁻¹。控制孵化实验值一个范围从0.9 - -5.6毫克有限公司₂- c公斤⁻¹h⁻¹与值修改后变化很大,但不超过83.5毫克有限公司₂- c公斤⁻¹h⁻¹。

污泥饼的应用领域将可能由肥料撒布机。因此,污泥颗粒大小对反应速率的影响,从理论上讲,带来现场反应和实验室或温室研究之间的区别。然而,这里的筛分粒度实验表明,至少在从2毫米到9.5毫米污泥粒径、蛋糕尺寸大小没有影响的反应污泥与土壤硝酸盐释放率。Fine-screened分数污泥饼的研究失去了相对于铵粗分数在孵化机构,可能因为气态损失(表2)。土地使用粗污泥饼的材料应用,其次是公司在可能的情况下,将限制这类气体N的损失。

玉米在生长早期的N充足范围作为g ~毫克⁻¹(30.]。控制处理厂温室实验15毫克g⁻¹不足是N, N浓度的芽在治疗范围50毫克g⁻¹。没有明显的肥料和污泥修正案对根系生长的影响,一起拍摄的重要刺激增长,符合成立shoot-to-root比N增加后增加的响应模式31日]。总体平均根长密度的温室研究3.6厘米厘米⁻³高相比,本赛季最大的2.0厘米厘米吗⁻³玉米的领域(32),但一个相对较高的根长密度并不出乎意料,给锅监禁。特定的根的长度10.4厘米根毫克⁻¹根略低于值可用于其他草,但顺序是相同的(33]。与化肥增加,然而,最高水平的污泥修正案离开残积土硝酸盐超过作物利用的。污泥修正案在100年、200年和400毫克公斤⁻¹与北半球是没有区别的₄没有₃修正案在25、50、75毫克公斤⁻¹分别为拍摄的值N吸收,这表明污泥N大约是25%,可作为肥料N。

确认

由于凯伦Krywko和南希Dolbeck技术援助。这个项目被提供的研究基金支持第三高的农场,RR。2,易洛魁人,安大略省,加拿大,KOE 1 k0。

引用

1. j·m·沃克“生产、使用和创新设计的污水污泥有机固体残,”污水污泥:土地利用和环境,w·e·c·e·克拉普拉森,r·h·寒酸的。,pp. 67–74, Soil Science Society of America, Madison, Wis, USA, 1994.视图:谷歌学术搜索
2. y . k .很快,t·e·贝茨e . g .波和j·r·梅奥”土地的应用化学处理污水污泥:即对作物产量和氮的影响可用性”《环境质量,7卷,不。2、264 - 269年,1978页。视图:谷歌学术搜索
3. j·c·巴伯和m . b . Moeller”,整合商业肥料、污水污泥”工业和工程化学产品研究和开发,20卷,不。3、409 - 413年,1981页。视图:谷歌学术搜索
4. l·e·索莫斯“污水污泥的化学组成和分析他们的潜在使用化肥,”《环境质量》第六卷,没有。2、225 - 232年,1977页。视图:谷歌学术搜索
5. j·t·吉尔摩c . g .齿轮l·w·雅各布·g·k . Evanylo d·m·沙利文,“在有机氮分解和plant-available:实验室研究、现场研究,和计算机模拟,”《环境质量,32卷,不。4、1498 - 1507年,2003页。视图:谷歌学术搜索
6. e·爱泼斯坦土地应用污水污泥和有机固体残美国佛罗里达州,CRC出版社,波卡拉顿,2003。
7. k·A·凯尔·e·彼得森,l·m·沃尔什j·A·瑞恩和d·r·基尼”领域研究污水污泥在农业上的使用:即对作物产量的影响和N和P的吸收,”《环境质量》第六卷,没有。4、339 - 345年,1977页。视图:谷歌学术搜索
8. k·A·凯尔·l·m·沃尔什·d·r·基尼j·A·瑞恩和A·e·彼得森的野外研究污水污泥在农业上的使用:II。影响土壤N、P。”《环境质量》第六卷,没有。4、345 - 352年,1977页。视图:谷歌学术搜索
9. c·e·克拉普r·h·寒酸的d·r·林登et al。”作物产量、养分吸收、土壤和水质在20年的罗斯蒙特污水污泥分水岭,”污水污泥:土地利用和环境,w·e·c·e·克拉普拉森,r·h·寒酸的。,pp. 137–148, Soil Science Society of America, Madison, Wis, USA, 1994.视图:谷歌学术搜索
10. k . a . Barbarick j . a .使役动词和d·g·威斯特法”分布和矿化的有机氮用于旱地小麦,“《环境质量,25卷,不。4、796 - 801年,1996页。视图:谷歌学术搜索
11. j·a·瑞恩·d·r·基尼,l·m·沃尔什“氮转换和可用性厌氧消化污泥的土壤,“《环境质量,卷2,不。4、489 - 492年,1973页。视图:谷歌学术搜索
12. f . r . Magdoff和j . f . Amadon”从污水污泥氮的可用性,”《环境质量,9卷,不。3、451 - 455年,1980页。视图:谷歌学术搜索
13. l·d·王”效应的猪肥料泻湖污泥和城市污水污泥在增长,复苏,氮和重金属含量fescuegrass,”《环境质量,10卷,不。4、465 - 472年,1981页。视图:谷歌学术搜索
14. c . g .齿轮ai对于,d·m·苏利文和e·a·,古纳尔“有机固体处理影响可用氮、第一、二学年”美国土壤科学学会杂志》上,卷68,不。1,第167 - 162页,2004。视图:谷歌学术搜索
15. n e·斯图尔特c t刘纪麟e . g .波和l·r·韦伯“硝化污泥使用混相驱替和灌注技术,”加拿大的土壤科学》杂志上,55卷,不。4、467 - 472年,1975页。视图:谷歌学术搜索
16. e . g .波y . k .很快,和j·r·梅奥“硝酸生产化学处理污水污泥的土壤,“《环境质量,8卷,不。4、557 - 560年,1979页。视图:谷歌学术搜索
17. n e·斯图尔特e . g .波c·t·柯克和l·r·韦伯“硝态氮分布在玉米的土地消化污泥的应用后,“加拿大的土壤科学》杂志上,55卷,第294 - 287页,1975年。视图:谷歌学术搜索
18. y攻取。莱文,“在subseouent棉花种植紫花苜蓿植物发展的影响和在泥炭土壤硝酸盐的形成,“植物和土壤,50卷,不。1,第328 - 323页,1978。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. c . Wagner-Riddle g . w . Thurtell e . g .波和r·斯威特曼”估计一氧化二氮排放的农田在28个月,“加拿大的土壤科学》杂志上,卷77,不。2、135 - 144年,1997页。视图:谷歌学术搜索
20. j . w . Ketcheson”效应的耕作玉米肥料要求粉砂壤土土,“农学期刊卷,72年,第542 - 540页,1980年。视图:谷歌学术搜索
21. d·g·梅纳德和y . p .卡尔拉,“氮、铵硝酸盐和可交换”土壤采样和分析的方法艾德·m·r·卡特,pp, 25-38刘易斯,波卡拉顿,佛罗里达州,美国,1993年。视图:谷歌学术搜索
22. d·坦南特“修改的测试线相交的方法估计根长度,“《生态学杂志》卷,63年,第1001 - 995页,1975年。视图:谷歌学术搜索
23. j·h·金,Biostatistical分析,Prentice Hall,上台北,美国第五版,2010年版。
24. 诉Parnaudeau、b . Nicolardot和j .页面“有机质的相关性分数作为废水污泥土壤矿化的预测,”《环境质量,33卷,不。5,1885 - 1894年,2004页。视图:谷歌学术搜索
25. 环境保护署”,针对全国污水污泥调查取样和分析,“技术。众议员epa - 822 r - 08 - 016,环境保护局,华盛顿特区,2009年美国。视图:谷歌学术搜索
26. d . l .粘结剂a·杜宾犬d·h·桑德和k . g . Cassman“有机固体作为灌溉和旱作玉米高粱、氮源”美国土壤科学学会杂志》上,卷66,不。2、531 - 543年,2002页。视图:谷歌学术搜索
27. gdp弯曲和s·d·林肯”,抑制土壤硝化细菌社区和他们的活动由芥子油苷水解产品,”土壤生物学和生物化学,32卷,不。8 - 9,1261 - 1269年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. k . Sivapalan诉费尔南多,m . w . Thenabadu”N-mineralization polyphenol-rich植物残留及其应用硫酸铵对硝化作用的影响,“土壤生物学和生物化学,17卷,不。4、547 - 551年,1985页。视图:谷歌学术搜索
29. k . Killham土壤生态系统英国剑桥,剑桥大学出版社,1994年。
30. j·b·琼斯Jr . h . v .艾克和r·沃斯”植物分析作为一个援助施肥玉米和高粱,”土壤测试和植物分析,r·l·威斯曼Ed,页521 - 547,美国土壤科学协会,麦迪逊,威斯康星州,美国第3版,1990年版。视图:谷歌学术搜索
31. e·l·安德森,“耕作和N施肥对玉米根系生长和根系的影响:拍摄比,”植物和土壤,卷108,不。2、245 - 251年,1988页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. t . p . McGonigle m·h·米勒,“菌根发育和磷吸收在玉米常规和减少耕作,”美国土壤科学学会杂志》上卷,57号4、1002 - 1006年,1993页。视图:谷歌学术搜索
33. a . h .钳工”,根形态和根系的功能意义架构”在土壤生态相互作用,a . h .钳工d·阿特金森d . j .阅读和m . b .开启,Eds。布莱克韦尔科学,页87 - 106年,牛津大学,英国,1985年。视图:谷歌学术搜索

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