添加尾礦對城市污泥浸出毒性的影響研究

柏亞雄

（貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院貴州貴陽550025）

添加尾礦對城市污泥浸出毒性的影響研究

柏亞雄

（貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院貴州貴陽550025）

選擇礦山尾礦（銅礦渣）和城市污泥為實(shí)驗(yàn)材料，分別制備其浸出液，用以考察浸出液對小麥和玉米的毒性影響。通過對小麥種子和玉米種子的萌發(fā)率和芽長這2指標(biāo)的檢測，研究添加尾礦對城市污泥浸出毒性的影響。研究結(jié)果表明，城市污泥浸出液對玉米和小麥種子的萌發(fā)率、芽長均會產(chǎn)生抑制作用。向污泥中添加尾礦可以降低城市污泥浸出液的毒性，提高城市污泥應(yīng)用的安全性，避免造成二次污染，使城市污泥資源利用的安全性進(jìn)一步提高。

城市污泥；礦山尾礦；浸出毒性

隨著中國社會經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，城市污泥的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷增長。大量堆積的污泥，不僅將占用大量的土地，而且其中的有害成分如重金屬、病原菌、寄生蟲卵、有機(jī)污染物及臭氣等將成為嚴(yán)重影響城市環(huán)境衛(wèi)生的公害。目前污泥處置的主要方式有填埋、投海、焚燒和土地利用，這些方法都能容納大量的污泥，是污泥處置的有效途徑，但其中也存在諸多問題。為了充分利用污泥，減輕環(huán)境污染狀況，世界上許多國家都在大力發(fā)展污泥處理處置和資源化利用的各種技術(shù)，城市污泥在一定條件下可以進(jìn)行資源化利用，但在利用時污泥的浸出液可能會產(chǎn)生二次污染。

尾礦和城市污泥中都含有相應(yīng)的重金屬，浸出液也具有毒性。通過向城市污泥中添加尾礦，將二者按一定比例進(jìn)行混合，浸出液中的重金屬離子可能會與尾礦發(fā)生吸附、螯合等物理化學(xué)作用，從而降低城市污泥浸出液的毒性，提高城市污泥應(yīng)用的安全性，避免造成二次污染，因此開展此實(shí)驗(yàn)研究。

1　.材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)材料

尾礦購自鞏義市元亨凈水材料廠，城市污泥采于貴陽市某污水處理廠，植物種子小麥和玉米的產(chǎn)地，分別是山東省棗莊市和河南農(nóng)科院種業(yè)有限公司。

1.2方法

1.2.1尾礦與城市污泥的預(yù)處理

將污泥和尾礦自然風(fēng)干，分揀出石粒、塑料袋等粒徑較大的無機(jī)成分，之后將污泥與礦渣研磨過1m m篩，篩下物即為制備浸出液的尾礦和城市污泥。

1.2.2尾礦、城市污泥浸出液的制備

實(shí)驗(yàn)中尾礦與城市污泥的浸出液參照《固體廢物浸出毒性浸出方法——水平震蕩法》（HJ57—2009）制備。

1.2.3種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

對照組用蒸餾水進(jìn)行培養(yǎng)，各處理組用尾礦浸出液和污泥浸出液進(jìn)行培養(yǎng)。不同處理組分別用尾礦浸出液、污泥浸出液、尾礦：污泥（1：1混合）浸出液進(jìn)行稀釋培養(yǎng)，稀釋倍數(shù)為1（不稀釋），2，4倍。每組做2個平行實(shí)驗(yàn)。

1.2.4植物幼苗生長試驗(yàn)

對照組用蒸餾水進(jìn)行培養(yǎng)，各處理組用尾礦浸出液和污泥浸出液進(jìn)行培養(yǎng)。不同處理組分別用尾礦浸出液、污泥浸出液、尾礦：污泥（1：1混合）浸出液進(jìn)行稀釋培養(yǎng)，稀釋倍數(shù)為1（不稀釋），2，4倍。每組做2個平行實(shí)驗(yàn)。

2　.結(jié)果和討論

2.1植物種子萌發(fā)試驗(yàn)

2.1.1對種子萌發(fā)率的影響

表1　小麥種子和玉米種子在不同處理組下的發(fā)芽率

從表1中可以看出，小麥種子和玉米種子在不同浸出液處理組的最終發(fā)芽率，小麥種子和玉米種子的發(fā)芽率在任一對應(yīng)的處理組都不同，且都低于對照組（蒸餾水）的發(fā)芽率。在污泥浸出液未經(jīng)稀釋時小麥種子和玉米種子的萌發(fā)率分別為80.00%和43.33%，都低于其它處理組的，且小麥的萌發(fā)率都要比玉米高。對于小麥來說，各浸出液隨稀釋倍數(shù)的增加萌發(fā)率也隨著增大。說明各處理組都對兩種植物種子的萌發(fā)有著抑制作用，且兩種種子抑制程度不同，浸出液對玉米種子萌發(fā)的影響大于小麥種子。小麥種子在各浸出液中受抑制作用的影響隨稀釋倍數(shù)的增大而減小。未經(jīng)處理的污泥浸出液對植物種子萌發(fā)的抑制作用最大，即其毒性最強(qiáng)。

城市污泥浸出液含有對植物種子起毒性作用的高濃度的COD、鹽分和一些植物生長所必需的營養(yǎng)元素，如氮、磷等，這兩類物質(zhì)在植物的萌發(fā)過程中都發(fā)揮著作用。鹽通過滲透效應(yīng)和離子效應(yīng)降低環(huán)境水勢導(dǎo)致種子水分吸收率的降低，從而抑制發(fā)芽。

實(shí)驗(yàn)得出，在72h時玉米種子萌發(fā)率由高到底依次為對照組100%、尾礦組80%、尾礦：污泥組70%、污泥組43.33%。尾礦：污泥組在36h后萌發(fā)率的變化幅度較小，在48h～72h時間段內(nèi)萌發(fā)率為70%保持不變。說明各組浸出液在未經(jīng)稀釋時對玉米種子的萌發(fā)均有抑制作用，污泥浸出液抑制作用最明顯。在尾礦：污泥的浸出液對玉米種子萌發(fā)的抑制作用周期較短且效果明顯。

這可能是污泥中重金屬、高的鹽分以及其它的有害污染物對玉米種子的萌發(fā)有一定的抑制作用。浸出液中含有毒物質(zhì)，由此造成細(xì)胞新陳代謝的混亂，從而進(jìn)一步影響種子萌發(fā)過程，使種子的萌發(fā)延滯或停止。

實(shí)驗(yàn)得出，各處理組經(jīng)過稀釋后玉米種子的萌發(fā)率的變化規(guī)律都有所改變，整個過程各處理組玉米種子萌發(fā)率交替上升，到72h時對照組的萌發(fā)率為100%，而尾礦：污泥組、污泥組和尾礦組的萌發(fā)率分別為83.33%、80%、76.67%。說明各處理組經(jīng)稀釋后對玉米種子萌發(fā)影響都發(fā)生不同程度的改變。經(jīng)稀釋后污泥組對玉米種子萌發(fā)的抑制作用有所減小，比尾礦組的還小。可能是浸出液對植物種子細(xì)胞內(nèi)核的改變，影響到細(xì)胞周期、細(xì)胞分裂，有可能與基因轉(zhuǎn)錄相對減少、一些相關(guān)的合成酶減少或酶活性降低有關(guān)。

2.2植物幼苗生長試驗(yàn)

2.2.1對芽長的影響

實(shí)驗(yàn)得出，在36h前各處理組小麥芽長上升的趨勢很相近，各組芽長差距并不大。36h后各組芽長的差距就拉開了，到72h時各組的芽長由高到低為對照組4.02cm、尾礦組3.41cm、尾礦：污泥組為2.90cm、污泥組2.11cm。說明在36h前各處理組對小麥的芽影響并不大，而到36h后各組的影響就開始明顯起來，到最后仍然是污泥組的影響最大。

芽雖然位于浸出液上方，沒有直接接觸浸出液受到污染物的毒害作用，但營養(yǎng)物質(zhì)則通過根的運(yùn)輸作用到達(dá)芽。當(dāng)污染物濃度低時，根尖細(xì)胞不會受到損害，營養(yǎng)物質(zhì)能順利通過根到達(dá)芽。當(dāng)污染物濃度高時，根尖細(xì)胞會出現(xiàn)失水萎縮，從而到達(dá)芽上的營養(yǎng)物質(zhì)就隨之減少了，減緩了芽的生長。

2.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)得出，在48h前各處理組小麥芽長變化趨勢幾乎一致，48h后就發(fā)生改變了。最終在72h時小麥芽長由高到底為對照組4.02cm、尾礦組3.73cm、尾礦：污泥組3.33cm、污泥組3.20cm。說明各處理組對小麥芽長在48h前影響相似，48h后就開始產(chǎn)生變化，稀釋后污泥組的芽長仍最短。

隨著稀釋倍數(shù)的增加，浸出液的毒性也隨著減弱，對植物生長的影響也就越來越小。隨著稀釋倍數(shù)的增加，浸出液的毒性也隨著減弱，對植物生長的影響也就越來越小。植物的生長所需的營養(yǎng)是直接由根部輸送，因此植物的芽是否正常生長與根有直接的聯(lián)系，造成跟不能正常生長，即不能正常的輸送營養(yǎng)物質(zhì)的原因可能是：

（1）浸出液中的重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)后，大部分累積在根的生長部位，主要對染色體和細(xì)胞核仁造成破壞，隨著重金屬濃度的增加，對染色體和核仁的破壞加劇，從而導(dǎo)致了小麥根生長受到抑制；（2）可能是由于污染物進(jìn)入根尖分生區(qū)細(xì)胞，干擾了細(xì)胞核的正常有絲分裂，阻滯細(xì)胞由間期進(jìn)入分裂狀態(tài)，從而延長了細(xì)胞的分裂周期，表現(xiàn)為幼根生長延緩；（3）根尖細(xì)胞處于高濃度污染環(huán)境，可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失衡，使得細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流，細(xì)胞質(zhì)壁分離，從而造成根尖細(xì)胞損傷，延緩了幼根生長。

城市污泥主要通過浸出液中含有的污染物影響對植物種子細(xì)胞的新陳代謝、細(xì)胞核內(nèi)的改變、細(xì)胞分裂周期、細(xì)胞失水等，來對植物種子內(nèi)細(xì)胞進(jìn)行會對玉米和小麥種子的萌發(fā)率、芽長均產(chǎn)生抑制作用。而向污泥中添加尾礦，可以使污泥中重金屬發(fā)生吸附、螯合等物理化學(xué)作用，可以減小重金屬對植物細(xì)胞的影響，最終達(dá)到減弱污泥毒性的目的。提高城市污泥應(yīng)用的安全性，避免造成二次污染。

3　結(jié)語

經(jīng)過對小麥和玉米種子的萌發(fā)率、芽長、根長的研究，可以得出以下結(jié)論：（1）污泥浸出液、尾礦浸出液對小麥種子和玉米種子的萌發(fā)有著抑制作用，污泥浸出液的抑制作用最強(qiáng)，即毒性最大；（2）尾礦：污泥的浸出液對兩種種子萌發(fā)、芽的生長、根的生長的抑制作用都低于污泥浸出液，即向污泥中添加尾礦可以減少污泥的毒性；（3）不同植物對同一濃度的浸出液毒性的敏感程度也是不同的。

［1］郝瑞娟.城市污泥施肥對綠化苗木生長生理特性的影響［J］.山西農(nóng)業(yè)科學(xué)2015.43（8）：972-975.

［2］王俊峰.農(nóng)業(yè)污染的現(xiàn)狀成因與對策研究［J］.企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2012（18）：25-29.

［3］李子芳，劉惠芬，熊肖霞，等.鎘脅迫對小麥種子萌發(fā)幼苗生長及生理生化特性的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（S1）：17-20.

［4］萬濤，孫英杰，卞榮星.礦化垃圾浸出液對植物發(fā)芽與幼苗生長的影響研究［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào).2014，35（2）：60-65.

柏亞雄（1992—），男，貴州黔南州人，本科，主要從事資源與環(huán)境研究。