污泥干化蘆葦床系統中重金屬和腐殖質的變化特征研究

蘇柳珍　楊青（等）

【摘 要】城鎮現代化建設過程中，積極發展工業經濟，城市人口不斷增加，隨之而來的是城市消耗的水資源增多，城市污水處理的污水剩余污泥也日益增多。污泥本身富含植物生長必需的營養物質氮磷等，是一種良好的有機肥料，然而往往也含有重金屬等有害物質。本文通過考查污泥干化蘆葦床中重金屬的含量變化特征探索重金屬去除機制，并通過總氮總磷不同取樣點的空間變化和時間變化，探討污泥腐殖化率和污泥腐殖化指數的變化情況，為城市污泥的無害化和資源化處理提供科學依據。

【關鍵詞】污泥干化蘆葦床；重金屬；腐殖質

污泥干化蘆葦床是20世紀80年代起源于歐洲的種新型處理處置污水剩余污泥的技術。其本質是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污泥中和水體中的污染物使其度環境以及人類無害。污泥干化蘆葦床技術具有投資和維護的成本低，操作簡單，可通過收割植物避免二次污染，處理過程可與城市景觀結合增加城市綠化等優點[1-4]。

1 重金屬的變化特征

不同城市剩余污泥中重金屬種類以及含量不同，重金屬在污泥中的存在形態主要有可交換的例子態，碳酸鹽結合態，鐵錳氧化物結合態等，因其污水來源、處理工藝和元素本身影響而不同。植物修復重金屬的途徑主要有植物的吸收轉運，植物揮發和根系過濾作用。植物吸收是指植物根系吸收重金屬作為自身物質進入植物體內，我們可通過收割植物達到回收重金屬目的，減少污泥重金屬濃度。植物揮發則是由于植物的吸收能使得某些重金屬轉化為揮發態，揮發出污泥表面。植物根系可分泌一些特殊物質使得污泥中重金屬產生分解或螯合作用轉化為相對無害的物質從而減少對環境以及人類身心健康的危害。經研究發現，人工濕地中的蘆葦植株在經過一段時間的生長后植物體內的重金屬含量有所增加，但仍低于污泥中重金屬含量。重金屬種類不同，植株出現選擇性吸收現象，各金屬吸收量不同，同一種類的重金屬在植株內的分布不同。重金屬的種類和特性、污泥的PH值會影響去除率，例如酸性可以促進重金屬的溶解和植物的吸收，達到更好的去除效果。植物根系的微生物種類和數量以及重金屬與其它重金屬相互作用從而影響去除效果。

2 污泥中腐殖質的變化特征

污泥中的氮主要是以氨氮和有機氮形式存在的。污泥中含有的大量微生物為有機氮的主要來源，無機氮主要是以氨態氮和硝態氮組成。經研究發現，不同形態的氮素空間變化不同，不同深度的污泥層氮的去除率不同。在泥沙層的中上部，氨態氮明顯高于硝態氮，而隨著污泥層的深度加深，氨態氮濃度呈下降趨勢，硝態氮呈上升趨勢。直至根系層，氨態氮濃度開始緩慢上升，而硝態氮呈下降趨勢，且其下降率高于氨態氮上升率，這是由于在根系層由于蘆葦根系的放養作用使得硝化細菌能大量生長，為硝化作用提供必需的氧環境。而亞硝態氮的濃度較低，呈現先升高后下降趨勢。對比上、中、下三層總氮的去除效果可發現上層總氮去除率略高于中、下兩層。這是由于蘆葦植物的根系屬向上生長，可以吸收上層污泥中的氮素作為營養物質供自身生長。污泥干化蘆葦床中總氮的去除率能達到65%左右。由此，可以歸結出剩余污泥中氮素的去除主要是由于硝化作用和反硝化作用以及植物的吸收轉化功能。

經查閱大量文獻可知，目前關于利用植物修復技術降解污泥中磷的含量得道的結果因人而異，甚至出現不降反增的現象。此次研究發現總磷的去除率為12%，效果不是很明顯。植物修付系統中磷的去除機理主要有吸附沉淀以及植物的吸收轉化，而不同研究者產生差異結果則與各區域氣候條件、污泥特性等因素相關。

腐殖質是指已死的生物體在土壤中經微生物分解而形成的有機物質，其主要組成元素有碳、氫、氧、氮、磷等，是土壤養分的主要來源，而且對土壤的物理、化學、生物學性質都有重要影響，是土壤肥力指標之一。腐殖質中的胡敏酸和富里酸質量分數的比值稱為污泥腐殖化指數，可以衡量腐殖質的品質優劣。污泥干化蘆葦床系統中污泥腐殖化指數能達到0.912相比初進泥的0.085提升速率較大，說明在蘆葦干化床系統中污泥逐步趨于穩定化，無害化。

3 結論

污泥干化蘆葦床中植株對重金屬的吸收量明顯低于污泥中重金屬的量，去除效果有待提高。下一步可積極探索添加化學調制劑或者利用污泥中微生物的行進修復。

污泥中總氮的去除率達到65%，磷的去除率達到12%，雖然氮磷含量的減少預示著污泥中營養物質的缺失，但是污泥腐殖化指數缺明顯增高說明污泥在蘆葦干化床系統中逐漸穩定，但仍含有豐富的營養物質，是良好的肥料。

污泥中的重金屬會隨著實物鏈累積進入人體，若不引起重視，是威脅人類健康的一大隱患。我們應該積極探索污泥穩定化過程中各個有害物質的去除機制，篩選生長速度較快、具有超富集能力的植株，尋找新型的復合型修復技術。

【參考文獻】

[1]孫紅杰，崔玉波，等.污泥生態穩定化過程中滲濾液處理效能研究[J].吉林農業大學學報，2011，33（3）：306-309.

[2]孫紅杰，崔玉波，王芳，等.蘆葦床與干化床污泥脫水和穩定性能比較[J].安全與環境學報，2011，11（6）：81-84.

[3]崔玉波，孫紅杰，王芳，等.污泥干化蘆葦床中積存污泥的氮磷變化規律[J].生態與農村環境學報，2012，28（2）：192-195.

[4]崔玉波，孫紅杰，冉春秋，等.污泥干化床與蘆葦床穩定化污泥中多環芳烴的含量比較[J].環境科學，2013，34（3）：1161-1165.

[責任編輯：湯靜]