黃殿男，陳明明，焦美怡，張媛麗

(1.沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；2.國電東北環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110014)

1 試 驗

1.1 試驗材料

試驗污泥取自沈陽北部污水處理廠污泥處理車間。取回當(dāng)日測污泥pH值，將污泥樣品置于實驗室4 ℃低溫保存。試驗沙土取自遼寧省彰武縣章古臺鎮(zhèn)0～50 cm土層風(fēng)蝕沙漠化土壤，按土層深度將沙土編號：1#(0～10 cm)、2#(10～20 cm)、3#(20～30 cm)、4#(30～40 cm)和5#(40～50 cm)。取回當(dāng)日測pH值、孔隙率等指標(biāo)，另取適量沙土樣品在避光處，自然風(fēng)干后剔除其中碎石塊等雜物，用研缽磨碎過篩。測定沙土和污泥的指標(biāo)如表1所示。

表1 沙土與污泥基本理化性質(zhì)

1.2 試驗裝置與方法

試驗在室內(nèi)封閉條件下進(jìn)行模擬，室內(nèi)溫度恒定(10 ℃)。試驗裝置為直徑20 cm、高60 cm有機玻璃柱，壁厚1 cm。在柱上縱向設(shè)置5個內(nèi)徑5.5 cm圓孔作為土壤溶液取樣器，各圓孔圓心相距10 cm。桶底面有數(shù)個直徑2 cm的滲水孔，保證水分自由下滲(見圖1)。

圖1 試驗裝置示意圖

污泥與沙土按照20%摻比均勻混合后所得復(fù)合介質(zhì)作為模擬土柱1#、2#的淺層土壤，沙土作為3#、4#、5#土層填充土壤，按照由下向上的順序進(jìn)行壓實均勻裝填，每層土壤厚度為10 cm。柱上方設(shè)置直徑為20 cm圓形模擬降雨盤，降雨盤通過聚氯乙烯管與水箱、流量控制器、水泵等設(shè)備連接，形成模擬淋洗系統(tǒng)。為避免非污泥源氮素引入，采用去離子水模擬降雨，通過飽和淋洗方式模擬降水條件下氮素在土層中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和淋出質(zhì)量。

將降雨參數(shù)設(shè)定為[9]：降雨強度48 mm/h，降雨總量2 L.7個淋洗周期內(nèi)，測定淋洗液中氮素質(zhì)量濃度、pH和COD等指標(biāo)變化情況。淋洗試驗結(jié)束2 h后，采用土壤采樣器分層采集各土層樣品，測定各土層中氮素和pH等指標(biāo)變化，分析復(fù)合介質(zhì)作為表層土壤改良沙土過程中的氮素分布規(guī)律。

1.3 分析方法

試驗各指標(biāo)分析方法如表2所示。

表2 各指標(biāo)分析方法

1.4 試驗結(jié)果統(tǒng)計與分析

試驗結(jié)果利用Excel 2010進(jìn)行整理、計算及統(tǒng)計；利用Excel 2010、Origin 9.1進(jìn)行圖形繪制；利用IBM SPSS S19.0進(jìn)行數(shù)值分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素在淋洗液中的淋出特性

2.1.1 不同形態(tài)氮在淋洗液中動態(tài)變化規(guī)律

淋洗試驗過程中不同形態(tài)N質(zhì)量濃度變化趨勢如圖2所示。

圖2 土壤中不同形態(tài)N淋出規(guī)律

圖3 土壤中pH、COD淋出規(guī)律

2.1.2 不同形態(tài)氮淋出特征

污泥改良沙土試驗中復(fù)合介質(zhì)在模擬降雨條件下，氮素可隨淋洗液向下遷移并流出。為進(jìn)一步探明氮素在模擬降雨條件下復(fù)合介質(zhì)淋出液中N的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律與淋出特征，將淋洗液中氮素總質(zhì)量作為模擬試驗淋出質(zhì)量。

Li=Ci×V.

(1)

(2)

式中：Li為第i次淋洗液中不同形態(tài)N淋出質(zhì)量，mg；Ci為第i次淋洗液中不同形態(tài)N質(zhì)量濃度，mg/L；V為每次淋洗液體積，L；Sn為n次淋洗試驗后氮淋出總量，mg。

不同形態(tài)氮淋出質(zhì)量變化如表3所示。

表3 土壤中不同形態(tài)N淋出質(zhì)量

2.2 氮素在土層中的遷移轉(zhuǎn)化特性

圖4 在不同淋洗數(shù)量和不同深度土壤剖面遷移轉(zhuǎn)化

圖5 在不同淋洗數(shù)量和不同深度土壤剖面遷移轉(zhuǎn)化情況

圖6 在不同淋洗數(shù)量和不同深度土壤剖面遷移轉(zhuǎn)化情況

3 結(jié) 論

(4)3#(20～30 cm)土層內(nèi)部氮素的質(zhì)量濃度相對較高，受土壤酸化影響小，為適宜種植土層。