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污泥農(nóng)用的重金屬安全性試驗(yàn)研究

更新時(shí)間：2014-03-14 08:02 來(lái)源：第一論文作者: 閱讀：2044

摘要：為確定城市污水的污泥農(nóng)用過(guò)程中是否存在重金屬毒害，系統(tǒng) 研究了桂林城市污水的污泥中重金屬特征和使用污泥肥料后農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量。研究表明：①桂林城市污水的污泥中重金屬含量較我國(guó)其他城市略低;②EDTA提取污泥時(shí)，重金屬的提取率在23%～60%，這部分重金屬有可能被植物吸收;③污泥有機(jī)復(fù)合肥肥效顯著。施用污泥復(fù)合肥與施用其他肥料相比較，稻谷和稻莖中的重金屬含量無(wú)明顯差異，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：污泥農(nóng)業(yè)利用重金屬

盡管城市污水的污泥處置方法有多種，但對(duì)我國(guó)這樣一個(gè) 發(fā)展中國(guó) 家而言，綜合利用尤其是農(nóng)業(yè)利用無(wú)疑是較好的選擇[1、2]。與此同時(shí)，污泥農(nóng)用也存在著二次污染的可能性，這主要源于污泥中含有一定量的重金屬和病毒、病原體、寄生蟲(chóng)卵等有害物質(zhì)。研究表明，選用合適的堆肥方法既可殺滅污泥中致病微生物和寄生蟲(chóng)卵，又不會(huì)破壞污泥中的植物養(yǎng)分，但重金屬含量較高的污泥施于農(nóng)田，會(huì)集中于植物體，并通過(guò)食物鏈與生物鏈的傳遞對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生毒害作用。為此，系統(tǒng)研究了桂林城市污水廠污泥的重金屬特征，以確定其農(nóng)用安全性。

1 污泥中的重金屬成分

1.1 污泥中重金屬含量

桂林城市污水的污泥重金屬含量見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外部分城市污水的污泥重金屬含量 mg/kg

元素	As	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn	備注
桂林市	37	0.9	594	154	98	199	506
天津紀(jì)莊子	10	3	728	336		669	1 095	文獻(xiàn) [5]
廣州大坦沙			1550	2200	462	245	1 790	文獻(xiàn)[6］
中國(guó)農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)	75 75	5 20	600 1000	250 500	100 200	300 1000	500 1000	酸性土壤pH＜6.5 中性和堿性土壤pH≥6.5
瑞典污泥		5～15	50～200	500～1500	25～1000	100～300	1 000～3 000	文獻(xiàn)[4]
加拿大標(biāo)準(zhǔn)	10	20	1000	500	500	200	2 000	文獻(xiàn)[4]
德國(guó)		10	900	800	200	900	2 500	文獻(xiàn)[7］
注桂林市數(shù)據(jù)為4個(gè)樣品的平均值，中國(guó)農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)為《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB4284-84。

由表1可以看出，與國(guó)內(nèi)其他城市的污泥相比，桂林城市污水的污泥中砷含量偏高，而鎘、鉻、銅、鎳、鉛和鋅都較低。與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相比較，只有砷、鉻含量偏高。根據(jù)《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB 4248-84，桂林城市污水的污泥中各重金屬的含量除鋅略高外，其他重金含量均低于我國(guó)農(nóng)用污泥酸性土壤最高容許含量，可以考慮用作農(nóng)業(yè)肥料。

1.2 污泥中重金屬的活動(dòng)性

污泥中重金屬的毒害性除與含量高低有關(guān)外，還取決于其存在形式。EDTA(乙二胺四乙酸)是一種弱有機(jī)酸，可提取土壤中有機(jī)和無(wú)機(jī)絡(luò)合物交換點(diǎn)上的金屬，還可釋放水溶態(tài)物質(zhì)中的金屬，而不破壞硅酸鹽礦物晶格中的金屬，因此EDTA溶液的提取量可代表植物的可吸收量。由EDTA溶液對(duì)桂林市污泥的試驗(yàn)結(jié)果(表2)可以看出，各種金屬的提取率在23%～60%，即當(dāng)污泥施于農(nóng)田時(shí)23%～60%的重金屬可被植物吸收。

表2 桂林市污泥重金屬提取試驗(yàn)結(jié)果

元素	As	Cd	Cr	Cu	Pb	Zn
污泥原樣(mg/kg干污泥)	29	1.3	450	137	63	515
提取后殘?jiān)?mg/kg干污泥)	12	1.0	290	97	25	380
提取率(%)	59	23	36	29	60	26
注 EDTA提取液的pH值為9.0，濃度為0.1 mol/L。

2 污泥農(nóng)用

2.1 研制有機(jī)復(fù)合肥

研制有機(jī)復(fù)合肥的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

根據(jù)廣西土壤條件的水稻種植經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合桂林市污泥的特點(diǎn)，以桂林市污泥為基質(zhì)，適當(dāng)添加尿素、過(guò)磷酸鈣和生物鉀肥研制成有機(jī)復(fù)合肥，其肥分約為(以重量計(jì))：N占11%，P2O5占4%，K2O占5%，外觀呈黑褐色。

2.2 有機(jī)復(fù)合肥在早稻上的應(yīng)用試驗(yàn)

為檢驗(yàn)所制復(fù)合肥的肥效，于1999年4月8日—7月6日在桂林市農(nóng)業(yè) 科學(xué) 研究所的稻田進(jìn)行了試驗(yàn)。

2.2.1 試驗(yàn)肥料

① A：污泥有機(jī)復(fù)合肥，含氮、磷、鉀分別為11%、4%和5%。

② B：污泥有機(jī)復(fù)合肥，含氮、磷、鉀分別為10.7%、3.6%和4.7%。

③ C：市售四川新都產(chǎn)華豐牌高效三元復(fù)合肥，含氮、磷、鉀分別為13%、5%和7%。

④ D：不施肥。

2.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)水稻品種為金23保持系，生育期99d，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4個(gè)水平，3個(gè)區(qū)組。第一組A、B、C施用量均為25kg/畝(667m2);第二組A、B、C施用量均為40kg/畝(667m2);第三組A、B、C施用量均為55kg/畝(667m2);D均為對(duì)照，不施肥。共有12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為13m2。試驗(yàn)肥料均作為底肥一次性施入，每個(gè)小區(qū)設(shè)置田埂作為隔離，施肥后耙平耙均，以后各項(xiàng)技術(shù)措施(追肥、病蟲(chóng)防治、排灌等)均相同。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

① 從禾苗長(zhǎng)勢(shì)看，施用有機(jī)復(fù)合肥A和B的各小區(qū)均明顯好于對(duì)照區(qū)，與施用華豐牌的各小區(qū)無(wú)明顯區(qū)別。

② 從干粒重和有效分孽看來(lái)，施用復(fù)合肥的各小區(qū)差異不明顯，但均好于對(duì)照區(qū)，施用復(fù)合肥的各小區(qū)結(jié)實(shí)率無(wú)顯著差異，均高于對(duì)照區(qū)。

③ 施用有機(jī)復(fù)合肥A、B分別比對(duì)照區(qū)組增產(chǎn)19%和18%，均比華豐牌復(fù)合肥的增產(chǎn)效果(13%)高(表3)。

表3 不同處理的水稻產(chǎn)量

處理

區(qū)組

小區(qū)平均

產(chǎn)量(kg)

平均畝產(chǎn)量

(kg)

比對(duì)照

組增產(chǎn)

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

A

B

C

D

9.71

8.90

8.87

8.15

10.56

10.88

10.23

8.08

8.88

9.20

8.52

8.26

29.15

28.98

27.62

24.49

486

483

460.5

408

19%

18%

13%

3 施用復(fù)合肥后農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量

系統(tǒng)采集各種早稻稻谷及稻莖樣品，測(cè)定重金屬含量以檢驗(yàn)施用污泥有機(jī)復(fù)合肥后稻谷的安全性。由表4可知，不同稻谷中重金屬元素的平均含量大致相同，砷、鎘的含量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

由表5可知，施用不同肥料的稻莖中砷含量一般在檢出限以下;鎘、鉻、銅、鎳、鉛、鋅元素在不同稻莖中的平均含量基本相同。

對(duì)不同稻谷、稻莖中重金屬元素含量進(jìn)行的方差分析見(jiàn)表6和表7。數(shù)據(jù)表明：①對(duì)稻谷來(lái)說(shuō)，各種肥料間F值在0.86～1.50，均小于臨界值4.76，說(shuō)明施用不同肥料的稻谷重金屬含量差異不顯著。而區(qū)組間F值在0.06～1.02，均小于臨界值5.14，說(shuō)明區(qū)組間稻谷重金屬含量差異不顯著，取樣、分析誤差小。②對(duì)稻莖而言，各種肥料間F值在0.08～4.46，均小于臨界值4.76，說(shuō)明施用不同肥料對(duì)稻莖重金屬含量影響不顯著。而區(qū)組間F值在0.10～1.98，均小于臨界值5.14，說(shuō)明區(qū)組間稻莖重金屬含量差異不顯著，取樣、分析誤差小。

表4 早稻稻谷中重金屬元素含量 mg/kg

樣號(hào)	As	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn
A1	-	0.02	10	20	7	11	19
A2	-	0.03	9	12	8	10	16
A3	-	0.02	9	13	9	12	23
平均值		0.023	9.3	15	8	11	19.3
B1	-	0.01	9	12	7	9	30
B2	-	0.01	10	13	7	11	21
B3	-	0.02	12	12	11	10	29
平均值		0.013	10.3	12.3	8.3	10	26.7
C1	-	0.03	10	12	9	11	44
C2	-	0.02	9	12	8	9	29
C3	-	0.01	8	12	7	8	20
平均值		0.02	9	12	8	9.3	31
D1	-	0.02	9	12	8	9	23
D2	-	0.03	11	17	11	10	54
D3	-	0.02	10	13	8	9	26
平均值		0.023	10	14	9	9.3	34.3
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)	0.7	0.2
注　1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值依據(jù)《食品中鎘允許量標(biāo)準(zhǔn)》GB38—84和《食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 2715—81。　　2 A、B、C、D后的1、2、3分別表示不同的施肥量：25、40、55kg，下表同。　　3 表中數(shù)據(jù)為中南工業(yè) 大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，分析方法均為等離子-原子發(fā)射光譜法，“-”表示含量＜0.05。

表5 早稻稻莖中重金屬元素含量 mg/kg

樣號(hào)	As	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn
JA1	-	0.06	37	21	20	17	87
JA2	-	0.04	24	19	14	14	74
JA3	-	0.05	25	19	14	17	77
平均值		0.05	28.7	19.7	16	16	79.3
JB1	-	0.05	29	17	15	17	62
JB2	-	0.06	35	22	17	14	101
JB3	-	0.04	22	55	14	15	59
平均值		0.05	28.7	31.3	15.3	15.3	74
JC1	-	0.06	46	22	17	19	90
JC2	-	0.06	31	22	18	17	104
JC3	-	0.05	25	18	13	16	67
平均值		0.05	34	20.7	16	17.3	87
JD1	1.7	0.06	37	21	20	19	88
JD2	-	0.05	23	18	13	16	59
JD3	-	0.06	39	21	18	26	86
平均值		0.057	33	20	17	20.3	77.7

表6 稻谷重金屬含量方差分析F檢驗(yàn)值

項(xiàng)目	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn	臨界值
肥料間 F值	1.14	0.93	1.50	1.00	1.22	0.86	F0.05(3，6)＝4.76
區(qū)組間 F值	0.43	0.07	0.51	1.02	0.06	0.23	F0.05(2,6)＝5.14

表7 稻莖重金屬含量方差分析F檢驗(yàn)值

項(xiàng)目	Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn	臨界值
肥料間 F值	0.08	0.42	0.81	0.19	2.03	4.46	F0.05(3，6)＝4.76
區(qū)組間 F值	0.10	1.98	0.73	1.53	1.69	0.60	F0.05(2,6)＝5.14