矿物与有机物料对城市污泥重金属的钝化与生物有效性影响研究

摘要

城市污泥中重金属易对环境造成持久性污染，严重制约了城市污泥的处置与利用。为了研究与控制城市污泥重金属污染，本文对合肥市5家污水处理厂污泥样品中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的总量与形态分布特征展开调查，分析了它们对环境的污染程度及风险等级；研究了钙镁磷肥、羟基磷灰石和凹凸棒石三种钝化剂对污泥中重金属形态分布的影响，以及玉米秸秆与污泥样品堆肥后各重金属形态的变化；并通过小白菜对污泥中重金属的吸收量判断钙镁磷肥与羟基磷灰石对污泥中Cr、Cu、Zn生物有效性的影响。试验结果表明：
　　1.污泥样品中重金属含量大小顺序为：Zn>Cu>Cr>Pb>As>Cd。按照我国《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质标准》规定，部分样品中As、Cd和Zn的含量均超出A级标准；其中CTP污泥中Cd的含量超出B级标准，而各污泥样品中重金属含量均处于《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质标准》限制范围内。Cr、Cu和Pb的生物可利用形态比例较低；As的生物可利用形态比例相对较高；Zn的生物可利用形态比例最高；而Cd在各污泥样品中的形态分布比例差异较大。污泥中重金属浸出浓度均未超过标准值。内梅罗指数法和潜在生态风险指数法的评价结果大致相同，供试污泥中重金属综合污染均处于严重污染和极高潜在生态风险；各重金属评价结果大小为：Cd>Cu（Zn）>As>Cr>Pb。
　　2.试验选用的三种钝化剂均降低了污泥样品中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的主要生物可利用态含量，它们对各重金属的钝化效果各不相同，As：羟基磷灰石>凹凸棒石>钙镁磷肥；Cd：凹凸棒石>羟基磷灰石>钙镁磷肥；Cr：钙镁磷肥>羟基磷灰石>凹凸棒石，钙镁磷肥使铁锰氧化物结合态比例由3.60％降低至1.20%；Cu：凹凸棒石>羟基磷灰石>钙镁磷肥，凹凸棒石使可交换态比例3.67%降低0.11%；Pb：钙镁磷肥>羟基磷灰石>凹凸棒石；Zn：钙镁磷肥>凹凸棒石>羟基磷灰石，钙镁磷肥使离子可交换态比例由5.29%降低至0.21%，碳酸盐结合态比例由22.71%降低至3.43%。并且随着钝化剂施加量的增加，钝化效果越明显。
　　3.玉米秸秆与污泥样品堆肥一周内温度迅速上升，高达到49.7℃，堆体的高温维持了11天后缓慢下降，30天后恢复常温。油菜种子在污泥鲜样的浸出液中发芽率为31.67%，发芽率在堆肥的初始阶段略有降低，而在10~35天这段期间内逐渐升高，达到95.33％，当堆肥进行到50天时，油菜种子的发芽率达到111.67％。玉米秸秆堆肥均降低了污泥样品中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的主要生物可利用形态比例，污泥样品中As的铁锰氧化态比例由38.44%降低至28.83%；Cd的离子可交换态的比例由23.22%降低至0.12%；Cr的铁锰氧化态比例由占3.60%降低至2.04%；Cu的离子可交换态比例由3.67%降低至0.30%；Pb的碳酸盐结合态比例由7.78%降低至0.88%，铁锰氧化态比例由19.27%降低至3.05%；Zn的离子可交换态比例由5.29%降低至0.04%，碳酸盐结合态比例由22.71%降低至9.51%。
　　4.钙镁磷肥和羟基磷灰石的施用均使小白菜的总生物量增加，随着施用量的增加总生物量增大，钙镁磷肥的促进作用大于羟基磷灰石，CK组白菜的平均总生物量为204.35 g，施用100 g钙镁磷肥增加至255.02 g。各组白菜茎叶和根系中Cr、Cu和Zn的平均含量均低于混合土壤基质的平均含量。白菜茎叶对各重金属的平均吸收量大小为：Zn>Cu>Cr，根系对重金属的平均吸收量大小为：Zn>Cr>Cu。钙镁磷肥和羟基磷灰石均在一定程度上降低了Cu、Cr、Zn的生物有效性；而钙镁磷肥降低Cr、Zn的生物有效性能力均高于羟基磷灰石。

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文献综述

1 合肥市污泥产量及处理现状

2 城市污泥理化性质及重金属污染

3 城市污泥中重金属总量及形态分布研究

4 城市污泥中重金属钝化作用研究

5 城市污泥堆肥过程中重金属形态变化的研究

6 钝化剂对重金属生物有效性影响的研究

1 引言

2 材料与方法

2.1 供试污泥采集及前处理

2.2 供试药品与试剂

2.3 试验仪器设备

2.4 试验方法

2.5 测定条件与数据处理

3 结果与分析

3.1 合肥市污水处理厂污泥重金属调查及其生态风险评价

3.2 钝化剂对污泥中重金属形态分布的影响

3.3 玉米秸秆堆肥对污泥中重金属形态的影响

3.4 钙镁磷肥和羟基磷灰石对污泥中Cr、Cu和Zn生物有效性的影响

4 讨论

5 结论

参考文献

致谢

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