農用污泥中重金屬元素對環境的影響及對策

梁霜霜，錢 霞，丁 潔

(1.浙江澤越環保科技有限公司，浙江 寧波 315200；2.寧波環宏生態環境科技有限公司，浙江 寧波 315000)

在農用污泥中，包含很多不同重金屬元素，會在不同程度上對環境造成影響。因此需要做好農用污泥中重金屬元素對環境的影響分析工作。了解具體情況后，給出相應解決措施，盡量減少重金屬的出現以及對環境的影響。保證可以創造更好社會環境，從而推動我國可持續發展，并增強我國商品在國際市場中的競爭地位。

1 城市污泥分析

城市污泥通常情況下主要是指在污水處理過程中形成的固體產物。通過相關資料分析可以了解到，美國年產生的污泥總量為1000萬t，歐洲各個國家總計污泥年產量為660萬t，日本污泥年總產量為240萬t。隨著我國城市化進程的不斷推進，全國范圍內廢水總量已經達到125萬m3/d。污泥是污水處理廠中的重要產物，需要有效對其進行處理，從而盡量避免對環境造成的影響。在當前污水處理中，污泥一般會采用三種不同方式，即污泥焚燒方式、填埋方式、農田利用方式等。因為擔心在污泥中會含有毒性病原體，對人類身體健康造成威脅，許多西方國家開始出臺法律法規對污泥的農田利用情況進行全面限制。污泥填埋需要花費很多成本，因此，在實際污泥處理中開始逐漸朝著焚燒發電方向發展。然而污泥農田利用可以實現對污泥中植物營養的有效回收利用，尤其是污泥中的N元素與P元素，對于植物的生長能夠起到良好促進作用。

一般而言，城市污泥中的污染物，主要會被分為無機元素(金屬、微量元素)、有機元素(表面活性劑、PCBs等)、毒性病原體(細菌、病毒等)。本文主要分析農用污泥中的重金屬元素對環境造成的影響，為結合實際情況，給出針對性解決措施，實現人類與環境的和諧發展。

2 農用污泥中重金屬元素的環境影響分析

城市廢水主要來源于三方面，分別是生活廢水、工商業廢水、市區地表河流排放等。在廢水中往往會有大量重金屬元素存在，尤其是在發達城市，以及工業化城市的污泥中的有毒性重金屬含量更高。在具體農用污泥期間，可能會出現大量積累情況，從而進入到生物鏈中，影響生態環境與人類健康[1]。如果沒有經過有效的安全處理，會對人類健康產生嚴重威脅。限制污泥農用的一個重要因素是，污泥中的重金屬具有難遷移、易富集、危害大等特點。當前在很多污泥重金屬研究中，往往將具體研究集中在Pb、Zn、Cd等元素上，在不同國家以及不同城市中，污泥重金屬含量范圍變化都相對較大。

例如，埃及主要以灌溉農業為主，因此，城市中污泥重金屬含量較低；在1980年以前，污泥重金屬含量只有0.5%～2%，最多時也只到6%。而美國以及歐洲很多城市，近年來污泥中重金屬含量不斷下降，主要是受到國家相關法律法規，以及國家與污水處理廠達成的相關協議有關，能夠實現對重金屬含量的有效控制。

重金屬在污泥中的運轉、生態毒性，以及生物有效性等，會受到陽離子交換量、有機質含量、土壤pH等影響。在土壤pH不斷增加背景下，土壤對于重金屬也有著較強的吸附能力，在這一過程中需要注意，土壤有機質形態會對重金屬生物有效性產生直接影響。有機質通常會被分為兩種類型，一種是可溶類型，另一種是不可溶類型[2]。可溶性有機質對于土壤中作物對有機質的吸收起到一定阻礙作用，促使重金屬離子吸附在有機質表面，這樣重金屬生物有效性會被降低?？扇苄杂袡C質組分，可以利用形成重金屬、有機質互溶組分方式，促使重金屬在土壤中的活性能夠得到全面提升。在這一過程中，采取分級提取方式，使得重金屬能夠被分為不同組分。比如，鐵錳氧化物結合態、有機結合態、殘余態等?？山粨Q態重金屬很容易被作物吸收，具有含量低特點、生物有效性大特點等。碳酸鹽巖態在酸性條件下容易被分解釋放，影響作物有效性。鐵錳氧化物結合態在氧化還原電位過程中，很容易被釋放出來。總之，對于農用污泥中重金屬元素對環境產生的影響，需要有關部門以及相關工作人員能夠給予更多重視與關注，結合實際情況給出相應解決措施，實現對問題的更好解決(圖1)。

圖1 農用污泥中含重金屬元素的環境

3 農用污泥中重金屬元素去除措施

3.1 采用化學去除方式

對于農用污泥中的重金屬元素去除，可以采用化學去除方式。化學去除方式是采用先溶解后淋濾方式，促使污泥氧化還原電解位得以提升，從而減少pH影響，將重金屬從原本的不可溶態，轉化為可溶態。在污泥中可以加入有機酸與無機酸，將污泥pH控制在有效范圍內，實現重金屬與污泥之間的相互融合[3]。Cu、Pb、Hg 等元素通常情況下會出現在生物絮凝體以及顆粒態組分中，因此，實際去除率相對較低。在不同pH、污泥固體濃度以及酸化時間條件下，對重金屬實際去除效果進行對比，在pH在1.5～2之間時，可以達到最佳去除率。除Cr元素外，其他重金屬元素的去除率都能夠在60%以上，甚至去除率可以達到100%。在熱硫酸條件下， Cd、Zn元素的處理效果相較于Ni、Cr、Cu而言更好。從不同有機酸與無機酸處理效果分析中可以了解到，在使用硝酸、硝酸以及檸檬酸等對重金屬進行去除過程中，當污泥pH在3～4之間，可以使用檸檬酸去除方式，草酸的去除方式效果最差。如果pH在3以下，可以使用硝酸去除方式與鹽酸去除方式等，可以對重金屬達到良好去效果。除此之外，還可以使用絡合劑，實現對重金屬的固定，使得重金屬生物活性被降低，EDTA以及NTA是經常使用的絡合劑。除了可以使用化學藥劑固定重金屬，還可以使用鐵錳氧化物、磷酸鹽等實現對重金屬的固定。

3.2 采用微生物去除方式

在使用微生物去除方式去除污泥中重金屬過程中，經常使用的物質有氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌，將此類嗜酸性硫桿菌的生物氧化作用全部發揮出來，實現對污泥pH的有效控制，促使污泥中吸附狀態重金屬離子、化合狀態重金屬離子都能夠轉移到液相中。接著對污泥進行脫水，這樣可以實現對污泥中重金屬的去除。微生物去除方式價格成本較低，而且見效相對較快，已經受到更多人的重視與關注[4]。微生物處理效果會受到不同因素影響，比如，接種基質種類影響、基質中營養成分配比影響、pH影響等。微生物處理方式可以實現對污泥中重金屬物質的有效去除， 對于Pb、Cr等元素的去除率較低，一般在50%以下，而 Cu、Zn、Cd等重金屬物質的去除率在50%以上，甚至可以達到90%以上。

3.3 采用電動力去除方式

電動修復方式的主要原理是將電極對插入到污染土壤中，并將直流電施加到電極對上形成直流電場，土壤中的污染物質在電場作用影響下，會通過電遷移、電滲流、電泳等方式，直接被帶到電極兩端位置，促使達到土壤清潔效果。電動修復技術能夠實現對地滲透性土壤的有效處理，并且不需要向其中添加某些物質。重金屬分布形式、活性等因素，會對電動修復效果產生直接影響[5]。我國電動修復方式處于剛剛起步階段。在未來發展中，針對電動修復技術可以加大研究力度，促進重金屬物質去除可以達到更好效果。為促使電動力去除方式，可以在污泥重金屬物質去除達到更好效果。在具體去除中要注意以下幾點問題：

1)污泥中的重金屬會被分為很多不同形態，比如，可交換形態、鐵錳結合形態、殘渣形態等。電動修復技術在應用過程中，可以利用酸化、絡合作用方式等，將重金屬從穩定態轉化為非穩定態[6]。重金屬去除效果還會受到電解時間影響，在電解時間不斷延長背景下，剩余污泥中重金屬去除率將會得到提升。然而電解時間越長，對于電能的消耗也就越多，電極腐蝕情況也就更加嚴重。在這一過程中，需要對電力消耗、電極壽命等因素進行全面考慮與分析。有研究表明，選擇 12 h 的電解時間,對于重金屬去除率可以達到較好效果，剩余污泥中的重金屬含量也符合相應標準[7]。

2)介質pH會對污泥中不同重金屬元素的賦存形態產生直接影響。很多研究者會通過酸堿中和方式、添加緩沖劑方式等，實現對污泥中pH的有效控制。但是該種處理方式需要消耗大量有毒試劑，且此類有毒試劑無法實現回收。因此，利用電化學方式實現對pH的有效控制，是一種更加安全、環保的處理方式。介質pH會對溶液中離子吸附、解吸等進行全面控制，酸性介質會影響電滲速度。在此背景下，需要實現對pH的控制，這也是電動去處方式中的一項重點內容[8]。

4 結語

綜上所述，農用污泥中重金屬元素去除，是當前我國城市發展中面臨的一個重要問題。針對這一問題，需要國家、城市有關部門能夠給予更多關注，采用不同方式，實現對重金屬元素的有效控制，為社會環境的更好發展打下良好基礎。