蚯蚓处理对城市污泥中重金属富集及其生物可利用性的影响

摘要

城市污泥中含量过高的重金属一直是限制其土地施用的症结所在。蚯蚓特有的生态功能及其体内黄色细胞吸收富集重金属的特性使得蚯蚓生态处理城市污泥具有可行性。本文首先设计了四因子四水平正交试验确立2种蚯蚓处理城市污泥的最优条件因子组合,结果表明,安德爱胜蚓处理城市污泥的最优条件因子组合为：木屑添加比例20％、基质湿度75％、培养温度21℃、接种密度24mg/g;赤子爱胜蚓处理城市污泥的最优条件因子组合为：木屑添加比例30％、基质湿度75％、培养温度14℃、接种密度32mg/g。
　　 其后采用外源性重金属模拟添加法,研究安德爱胜蚓和赤子爱胜蚓对不同污染负荷城市污泥中重金属的吸收富集作用。结果揭示,随着Cu/Zn添加量的逐步提高,两种蚯蚓存活率、蚓体质量增长率及基质日消耗量均呈逐渐下降趋势;安德爱胜蚓和赤子爱胜蚓体内Cu/Zn含量均在外源性Cu/Zn添加量为300/400mg/kg时达到峰值,随后蚓体Cu/Zn含量呈下降趋势,表明蚯蚓对其体内Cu/Zn元素存在一定的耐性调节机制;此外,安德爱胜蚓对Cu的富集能力要强于赤子爱胜蚓,而赤子爱胜蚓对Zn的富集能力要优于安德爱胜蚓。
　　 城市污泥中重金属的生物可利用性很大程度上取决于重金属的化学形态,更确切的说是取决于其不稳定的化学形态。第三部分实验旨在研究不同蚯蚓处理时间(0、30、45、60、90d)下蚓体对城市污泥中Cu/Zn生物可利用性的影响。结果显示,在蚯蚓处理时间为45d时,两种蚯蚓均降低了基质中水提取态和0.01MCaCl2提取态Cu/Zn浓度;而当处理时间延长至90d时,基质中水提取态和0.01MCaCl2提取态Cu/Zn浓度均出现上升趋势。安德爱胜蚓和赤子爱胜蚓处理城市污泥30d后,污泥中离子交换态Cu/Zn无显著性变化;处理时间为45d时,污泥中离子交换态Cu浓度出现下降;而当处理时间延长至60d和90d时,污泥中离子交换态Cu/Zn浓度出现显著性提升。
　　 第四部分实验旨在通过生物测评方法（时令蔬菜生菜的盆栽试验）研究安德爱胜蚓和赤子爱胜蚓处理后污泥中Cu/Zn的生物可利用性变化并探讨城市污泥经蚯蚓处理后其土地施用潜力,从而确立城市污泥蚯蚓处理的最佳时间。结果发现,施用经蚯蚓处理的城市污泥可显著提高生菜茎叶和根系的生物量,且生菜茎叶生物量增长幅度大于根系;总体上,生菜茎叶和根系中的Cu/Zn浓度随蚯蚓处理污泥时间的延长而逐步增长;基于污泥重金属减量及其土地施用安全性考虑,45d是安德爱胜蚓和赤子爱胜蚓处理城市污泥的最佳时间。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 城市污泥产量现状及其处理处置途径

1．1．1 城市污泥产量现状

1．1．2 城市污泥处理处置途径

1．2 城市污泥中重金属含量及其无害化处理技术

1．2．1 城市污泥中重金属含量

1．2．2 城市污泥中重金属无害化处理技术

1．3 城市污泥蚯蚓处理的研究现状及蚯蚓对污泥重金属的富集效应

1．3．1 蚯蚓分类

1．3．2 蚯蚓处理城市污泥的优势

1．3．3 蚯蚓对城市污泥中重金属的吸收富集特性

1．4 蚯蚓处理对重金属生物可利用性的影响

1．4．1 蚯蚓生态型差异

1．4．2 土壤类型

1．4．3 重金属类型差异

1．4．4 pH值和可溶性有机碳变化

1．4．5 存在问题

1．5 本研究出发点及其研究意义

2 城市污泥蚯蚓处理及重金属富集的影响因素优化

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 试验设计

2．1．3 样品分析

2．1．4 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 安德爱胜蚓处理城市污泥及重金属富集的条件优化

2．2．2 赤子爱胜蚓处理城市污泥及重金属富集的条件优化

2．3 结论

3 蚯蚓不同污染负荷城市污泥中重金属的吸收、富集特性

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设计

3．1．3 样品分析

3．1．4 数据分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 蚯蚓生长状况交化

3．2．2 不同浓度下基质日消耗量变化

3．2．3 蚯蚓蚓体内Cu和Zn浓度变化

3．2．4 蚯蚓蚓体内Cu和Zn富集量的变化

3．3 结论

4 蚯蚓处理时间对城市污泥中Cu和Zn生物可利用性的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设计

4．1．3 样品分析

4．1．4 数据分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 不同处理时间对蚯蚓蚓体质量增长的影响

4．2．2 不同处理时闻对蚯蚓蚓体Cu和Zn浓度的影响

4．2．3 不同处理时间对蚯蚓蚓体Cu和Zn富集量的影响

4．2．4 不同蚯蚓处理时间对基质(城市污泥)pH和有机质的影响

4．2．5 不同蚯蚓处理时间对基质(城市污泥)重金属水提取态和0.01 M CaCl2提取态的影响

4．2．6 不同蚯蚓处理时间下基质(城市污泥)重金属各BCR提取态的变化

4．3 结论

5 蚯蚓处理对生菜产量及其Cu/Zn浓度的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 盆栽试验

5．1．3 样品分析

5．1．4 数据分析

5．2 结果与分析

5．2．1 污泥施用对生菜产量的影响

5．2．2污泥施用对生菜中Cu/Zn含量的影响

5．3 结论

6 有待于进一步研究加强的问题及研究展望

参考文献

作者简历