污泥中不同鐵鹽對(duì)大葉茼蒿吸收重金屬的影響

丁 洪，郭寶玲，鄭祥洲，張玉樹，余居華，連少勇

（1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福州 350013；2泉州市土壤科技有限公司，福建泉州 362800）

0 引言

隨著城市的發(fā)展、污水處理設(shè)施的普及、處理量的提高和處理程度的深化，中國(guó)城市生活污水和工業(yè)污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的城市污泥數(shù)量越來(lái)越大。生活污水中大量的人糞尿和部分餐余都是從污水中排出，有大量的有機(jī)質(zhì)和植物營(yíng)養(yǎng)元素存在于污泥之中。據(jù)測(cè)定，中國(guó)城鎮(zhèn)污泥含有機(jī)質(zhì)（含量多數(shù)為40%～60%）、氮(2%～4%)、磷(1%～2%)等營(yíng)養(yǎng)元素，是非常好的可用于土壤培肥的有機(jī)物料[1]。但是，污泥中重金屬是否超標(biāo)的問(wèn)題是污泥進(jìn)入農(nóng)田的關(guān)鍵因素[2]，而且在施用污泥的管理中應(yīng)減少帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，如何解決如此龐大的資源利用問(wèn)題，已成為當(dāng)前非常緊迫的任務(wù)。

鐵鹽在污泥處理中扮演著重要的作用，相關(guān)試驗(yàn)研究表明鐵鹽能起到如下作用：（1）氧化還原作用[4]；（2）降低污泥量和除去異味[5-6]；（3）作為土壤團(tuán)聚體中的橋間作用[7]；（4）強(qiáng)化各種化學(xué)反應(yīng)[8-9]；（5）加快堆肥反應(yīng)[10]；（6）污泥脫水作用[6]；（7）脫氮除磷效果[11-12]；（8）必需的微量元素，等等諸多功能，可以認(rèn)為鐵在污泥處理中是一種非常重要的元素。另外，污泥應(yīng)用于植物中對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和重金屬吸收起一定的作用[13-14]，但是鐵鹽處理的污泥對(duì)植物生長(zhǎng)和重金屬吸收的作用還缺乏研究。因此，本試驗(yàn)以不同形態(tài)的鐵鹽研究對(duì)大葉茼蒿的生物量產(chǎn)量和重金屬吸收的影響，以期為污泥的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)作物

作物為大板葉茼蒿(Chrysanthemum coronariumL.)，市售種子。

1.2 供試污泥

污泥取自于福建省惠安縣污泥廠，其理化性狀為pH 7.65、有機(jī)質(zhì)78.60 g/kg、全氮0.84%、全磷0.82%、全鉀0.86%，堿解氮為1911 mg/kg、有效磷142 mg/kg、速效鉀418 mg/kg，交換性鈣52.5 cmol/kg、交換性鎂8.8 5cmol/kg、有效鐵134.9 mg/kg、陽(yáng)離子交換量35.4 cmol/kg，顆粒組成為＜0.001 mm 粒徑6.8%、0.001～0.01 mm粒徑3.5%、＞0.01 mm粒徑89.8%。重金屬總含量為Cu 53.1 mg/kg、As 20.0 mg/kg、Pb 48.9 mg/kg、Cd 0.8 mg/kg和Cr 140.1 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)處理

（1）CK（污泥）。

（2）A：10 kg污泥（水分為80%）+3%的濃度50%硫酸亞鐵+2%的11.7%聚合硫酸鐵+1%濃硫酸+5 kg爐灰(pH 12)+1%氧化鈣（均為比例為重量比，下同）。

（3）B：10 kg 污泥+3%氯化亞鐵(10%FeCl2)+5 kg爐灰+1.5%氧化鈣。

（4）C：10 kg污泥+3%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+5 kg爐灰+1.0%氧化鈣。

（5）D：10 kg污泥+3%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+2%FeCl2+5 kg爐灰+1.5%氧化鈣。

（6）E：10 kg污泥+2%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+1%FeCl2+5 kg爐灰+1%氧化鈣。

（7）F：10 kg 污泥+3%氯化鐵(38%FeCl3)+5 kg 爐灰+1%氧化鈣。

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)重復(fù)，2018 年12 月15 日播種，23—25日出苗。污泥中含有豐富N、P、K養(yǎng)分，全程并沒(méi)有追肥。2019年3月29日收獲。

1.4 分析方法

土壤pH采用電位法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀分別采用重鉻酸鉀容量法、解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。植株氮磷鉀養(yǎng)分含量按H2SO4-H2O2消煮方法測(cè)定[15]。砷含量采用微波消解-原子熒光光度法測(cè)定，鉛、鎘、鉻、銅含量采用微波-石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定，均由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所測(cè)定。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

所有分析結(jié)果都采用SPSS18.0、Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用Duncan法在P＜0.05水平下檢驗(yàn)顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鐵鹽處理下污泥對(duì)茼蒿生物量的影響

加鐵鹽的目的是為了使污泥快速腐解，以免發(fā)生臭味，有利于環(huán)保[5,7]；而且對(duì)鐵鹽處理過(guò)的污泥在植物生長(zhǎng)上的影響報(bào)道很少。在盆栽條件下茼蒿種子在污泥上發(fā)芽率較低，不到40%。這其中的機(jī)理尚不清楚，可能對(duì)不同品種有所差異[16]，但也有稍微有延遲作用，對(duì)發(fā)芽率沒(méi)有影響[17]。從茼蒿生長(zhǎng)的情況來(lái)看，各種鐵鹽處理下的干物質(zhì)積累量有很大差異（圖1），主要表現(xiàn)為D＞E＞F＞C＞CK＞A＞B。D、E、F 為11.75～19.27 g/盆，CK、A、B、C 為3.59～7.49 g/盆；前者D 大于后者B，大小差別可達(dá)5.3 倍，各處理的差異達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。因此，不同的鐵鹽處理效果不一樣，以3%硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+2% FeCl2為好，3%FeCl3次之。

圖1 不同鐵鹽處理下大葉茼蒿干物質(zhì)的重量

2.2 不同鐵鹽處理下污泥對(duì)茼蒿養(yǎng)分吸收的影響

從氮、磷、鉀養(yǎng)分濃度來(lái)看（見(jiàn)表1），在對(duì)照CK處理的百分濃度最高，分別為氮3.71%、磷0.33%、鉀2.82%，除鉀外其他處理有所降低。但從養(yǎng)分積累量來(lái)看，隨著干物質(zhì)的增加NPK 也相應(yīng)增加，D 干物質(zhì)最多，養(yǎng)分積累量分別為氮0.44 g/盆、磷0.03 g/盆、鉀0.37 g/盆，比B 處理高5.5、6.0、3.1 倍。各處理之間養(yǎng)分積累量也達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。

表1 不同鐵鹽處理下大葉茼蒿干重和NPK積累量

2.3 不同鐵鹽處理下污泥對(duì)茼蒿的重金屬積累量的影響

根據(jù)分析結(jié)果，按現(xiàn)行的污泥中GB 4284—2018《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施的重金屬Cu 500 mg/kg、As 30 mg/kg、Pb 300 mg/kg、Cd 3 mg/kg和Cr 500 mg/kg 總含量均達(dá)到A 類標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)檢查的大腸桿菌、蛔蟲死亡率、有機(jī)污染物含量均合格。也就是說(shuō)在正常情況下重金屬不會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)。施用污泥時(shí)茼蒿的重金屬吸收積累結(jié)果如表2所示，CK的積累量明顯提高，因?yàn)樗幕静牧暇褪俏勰?所以含量高，即：CK沒(méi)有添加輔料。其他處理加了輔料如爐灰、鐵鹽和石灰，所以含量就低些。在不同鐵鹽處理之間大葉茼蒿重金屬積累量明顯不同，Pb和Cd 2種重金屬都低于CK，其他的也低于CK且不同程度減少。D處理即便是干物質(zhì)量增加最多，但重金屬積累量并不是很高。按照GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-食品中污染物限量》葉菜類蔬菜食品安全的限量As0.5 mg/kg、Pb 0.3 mg/kg、Cd 0.2 mg/kg 和Cr 0.5 mg/kg 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，和按GB 15199—1994《食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》）蔬菜重金屬Cu 10 mg/kg標(biāo)準(zhǔn)控制線，施用污泥絕大多數(shù)重金屬都不超標(biāo)。但Cr 吸附量已經(jīng)大大超過(guò)基本標(biāo)準(zhǔn)，超4.98～6.66倍。茼蒿對(duì)有些重金屬本身就有較好的吸收，有研究表明茼蒿可食部分重金屬積累量達(dá)Cr 1.43 mg/kg、Cd 0.30 mg/kg和Pb 0.39 mg/kg，有明顯的吸收[18]，因此容易超標(biāo)。

表2 不同鐵鹽處理下大葉茼蒿吸收重金屬的差異（鮮重） mg/kg

3 結(jié)論

（1）城市生活污泥是人糞尿、餐余和泥沙等混合物組成的，污泥的泥質(zhì)重金屬含量基本上不超標(biāo)，而且還有很好的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量。因此，在做好檢測(cè)的條件下可以作為有機(jī)肥的原料。

（2）污泥施用對(duì)一般作物生長(zhǎng)的重金屬含量也不超標(biāo)。但是，在應(yīng)用于諸如茼蒿等作物時(shí)又會(huì)產(chǎn)生某些重金屬積累性超標(biāo)現(xiàn)象。

（3）鐵鹽的加入可以使污泥有更好的活性，但污泥加入鐵鹽有哪些生理效應(yīng)還需進(jìn)一步研究。

（4）植物生長(zhǎng)可以充分利用污泥中的有效養(yǎng)分，用廢為寶，既能解決污染問(wèn)題又能改良土壤，充分利用廣泛的資源。

4 討論

鐵鹽加入污泥中可能參與各種各樣的理化反應(yīng)，最重要的是參與重金屬的反應(yīng)，鐵鹽可以參與Pb、Cr、Cd、Cu 等離子反應(yīng)，而且鐵鹽去除重金屬比鹽酸作用更大[19]。同時(shí)，鐵又作為一種微量元素在里面扮演一個(gè)重要角色，特別是污泥中不足的情況下更是如此；而且鐵鹽又是構(gòu)成土壤團(tuán)聚體中的橋間作用[7]。至于污泥中添加硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)+氯化亞鐵(FeCl2)和氯化鐵(FeCl3)使茼蒿生物量增加，這從某種意義上說(shuō)加入鐵鹽會(huì)改變污泥的活性，致使不同的鐵鹽具有不同的效應(yīng)[20]，至于為何出現(xiàn)這些現(xiàn)象，其機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。茼蒿為何會(huì)出現(xiàn)重金屬富集現(xiàn)象，正如前者已有研究報(bào)道，茼蒿是一個(gè)積累重金屬含量較為多的一種植物，這是其遺傳決定的[18]。因此，生活污泥在一般情況下可以用于農(nóng)作物生產(chǎn)，但對(duì)某些植物要慎重對(duì)待。