淺論污泥土地利用的重金屬風(fēng)險(xiǎn)及其削減途徑

1、淺論污泥土地利用的重金屬風(fēng)險(xiǎn)及其削減途徑        文章標(biāo)題：淺論污泥土地利用的重金屬風(fēng)險(xiǎn)及其削減途徑摘要：由于經(jīng)濟(jì)和城市化水平的不斷提高及人口的增長(zhǎng)，我國(guó)污水處理廠(chǎng)也迅速增加，這導(dǎo)致了大量污泥的產(chǎn)生。重金屬超標(biāo)是限制我國(guó)大部分污泥進(jìn)行農(nóng)業(yè)利用的主要因素。本文總結(jié)了污泥中重金屬的危害及其削減途徑，提出可以通過(guò)堆肥、堿性穩(wěn)定、生物淋濾，完善污泥土地利用的法律法規(guī)等措施來(lái)降低污泥中重金屬的含量或活性，減少其對(duì)人類(lèi)、動(dòng)物和周?chē)h(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)鍵詞：污泥；重金屬；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；削減措施中圖分類(lèi)號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A作者簡(jiǎn)

2、介：楊志海（1977-），男，河北唐山人，講師，固體廢棄物綜合利用技術(shù)；孫玉煥（1976-），女，山東德州人，副教授，研究方向：污泥土地處置的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及其資源化?；痦?xiàng)目：青島科技大學(xué)科研啟動(dòng)基金（0022177）資助1引言污泥又名污水污泥，是指污水處理廠(chǎng)在凈化污水過(guò)程中的副產(chǎn)物，是由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。由于經(jīng)濟(jì)和城市化水平的不斷提高及人口的增長(zhǎng)，我國(guó)污水處理廠(chǎng)迅速增加，相應(yīng)的污泥產(chǎn)生量也急劇增加。隨著垃圾（包括污泥）填埋場(chǎng)地的越來(lái)越少以及對(duì)資源循環(huán)利用的需求，污泥的土地利用已成為污泥處置的發(fā)展方向。污泥含有多種重金屬、有機(jī)污染物和病原物，這些環(huán)境危險(xiǎn)

3、物質(zhì)隨污泥進(jìn)入土壤，對(duì)生態(tài)環(huán)境安全和人類(lèi)健康帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，甚至構(gòu)成威脅。其中，污水污泥中重金屬的含量一直都是人們所關(guān)心的環(huán)境問(wèn)題，擔(dān)心城市污泥中會(huì)含有大量重金屬，因此把重金屬問(wèn)題看作是限制其農(nóng)用的主要障礙。本文就污泥土地利用過(guò)程中污泥中重金屬含量及其對(duì)土壤質(zhì)量、植物等的潛在影響，以及削減這種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的措施作一綜述，為污泥的安全處置及土地利用過(guò)程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)信息和管理經(jīng)驗(yàn)。2污泥中重金屬的含量污泥是污水處理的副產(chǎn)物，污水中的污染物在污水處理過(guò)程中部分會(huì)轉(zhuǎn)移到污泥中。重金屬是污泥中最主要的污染物之一。重金屬由于具有難遷移、易富集、危害大等特點(diǎn)一直是限制污泥農(nóng)業(yè)利用的最主要因素。陳同斌等1對(duì)

4、國(guó)內(nèi)（19942001）報(bào)道的城市污泥重金屬的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，我國(guó)城市污泥的Ni、Pb、Cr、Cu、Zn含量變化幅度很大，極差最高達(dá)幾千mgkg-1。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果和根據(jù)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析來(lái)看，其中Cu和Zn是我國(guó)污泥中含量最高的元素，也是限制其土地利用的主要因素之一。李季和吳為中2對(duì)我國(guó)44個(gè)城市污水污泥重金屬含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，Cu和Zn的含量低于陳同斌等1的對(duì)我國(guó)部分污水處理廠(chǎng)污泥統(tǒng)計(jì)結(jié)果，而對(duì)于毒性較大的Hg和As，含量則較高。從總量的角度研究重金屬是比較傳統(tǒng)的研究方法，但只憑一個(gè)總量無(wú)法說(shuō)明重金屬的活性和生物有效性。因此，在對(duì)污泥中重金屬進(jìn)行研究時(shí)，不僅要考慮全量，還要對(duì)其分布形

5、態(tài)進(jìn)行研究。3污泥土地利用的重金屬風(fēng)險(xiǎn)3.1增加土壤中重金屬含量施用含有重金屬的污泥后，土壤和土壤溶液中各形態(tài)的重金屬含量均有所增加，但以表層增加最多。由于重金屬具有難遷移難轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，因此污泥施用后可以長(zhǎng)時(shí)間保留在土壤中。長(zhǎng)期施用污泥的土壤停止施用污泥后，重金屬在各形態(tài)中的分布沒(méi)有明顯變化，表明重金屬對(duì)植物、動(dòng)物和微生物的毒害作用仍然存在。既然污泥施用后，重金屬會(huì)殘留在土壤中，隨著污泥施用時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，重金屬就會(huì)在土壤中不斷累積。土壤中重金屬含量的增加對(duì)人類(lèi)、動(dòng)物、植物和土壤生態(tài)系統(tǒng)都存在著潛在的危害，污泥土地利用時(shí)，應(yīng)綜合考慮施用量、施用地點(diǎn)和施用時(shí)間等方面的選擇。3.2對(duì)植物的毒害作用

6、一般而言，隨著污泥施用量的增加，作物體內(nèi)重金屬的含量增加。國(guó)外專(zhuān)家研究發(fā)現(xiàn)，與化肥相比，長(zhǎng)期施用污泥土壤的小麥籽粒Cu、Zn含量明顯增加。污泥浸提液中的重金屬對(duì)植物幼苗也有一定的毒害作用，在各種污泥浸提液中，中國(guó)大白菜種子發(fā)芽率保持較高的水平，隨著污泥浸提液濃度的降低，種子發(fā)芽率升高。植物對(duì)重金屬的吸收受到土壤條件、重金屬形態(tài)、植物類(lèi)型等多種因素的影響，不能只從土壤重金屬的總量角度來(lái)研究。重金屬植物有效性是一個(gè)涉及物理、化學(xué)、生物學(xué)等許多因素的交叉研究課題。污泥中重金屬的活性既不同于土壤中原有的重金屬，又不同于以無(wú)機(jī)鹽形式加入的重金屬，其在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化和植物有效性更帶有本身的復(fù)雜性，需要更

7、深入細(xì)致的研究。3.3對(duì)人和動(dòng)物的毒害重金屬對(duì)人類(lèi)健康的危害主要通過(guò)以下幾種途徑：（1）人直接暴露在重金屬污染的環(huán)境中。施入污泥后，土壤中重金屬含量提高，人類(lèi)暴露于污染環(huán)境的機(jī)會(huì)增加。尤其是當(dāng)污泥用于園林綠地時(shí)，這種直接危害更大。（2）重金屬通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體。生        長(zhǎng)在重金屬污染土壤上的作物，體內(nèi)重金屬含量也較高，如果攝入了這種受污染的食物，就會(huì)危害人類(lèi)健康。同樣，通過(guò)食用受污染的動(dòng)物，也增加了重金屬對(duì)人類(lèi)的毒害作用。（3）飲用含重金屬較高的水，也可能引起重金屬在體內(nèi)的積累。（4）如果大氣中懸浮顆粒物

8、或氣溶膠中含有重金屬，也可能通過(guò)呼吸道進(jìn)入人和動(dòng)物體內(nèi)，產(chǎn)生毒害作用。動(dòng)物通過(guò)食用受污染的牧草或在放牧過(guò)程中直接將受污染土壤攝入體內(nèi)，增加了重金屬對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生毒害的可能性。專(zhuān)家對(duì)Cd在羊可食部分的積累進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，放牧結(jié)束時(shí)，施污泥草地上的羊肌肉內(nèi)Cd含量與放牧前相比沒(méi)有明顯變化，但羊腎內(nèi)Cd含量明顯增加，此外，污泥表施處理中羊肝臟內(nèi)Cd含量顯著提高。動(dòng)物體內(nèi)重金屬濃度的增加，一方面會(huì)危害動(dòng)物的健康，影響其健康生長(zhǎng)；另一方面，增加了通過(guò)食物鏈方式對(duì)人類(lèi)健康危害的可能性。3.4對(duì)土壤微生物的影響土壤微生物是土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)，它與植物所需養(yǎng)分的生物化學(xué)循環(huán)和有機(jī)碳的轉(zhuǎn)換密切相關(guān)。當(dāng)?shù)厍蚧瘜W(xué)指

9、標(biāo)不能對(duì)污染物影響土壤生態(tài)系統(tǒng)做出有效評(píng)價(jià)時(shí)，微生物學(xué)指標(biāo)可以預(yù)示潛在性有毒物質(zhì)對(duì)土壤肥力的影響。施用污泥，一方面增加了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等養(yǎng)分的含量，提高了土壤肥力，有利于土壤微生物活性的增加。另一方面，由于污泥中含有重金屬等污染物質(zhì)，隨污泥帶入土壤的污染物質(zhì)也會(huì)對(duì)土壤微生物產(chǎn)生毒害作用。施用重金屬污染的污泥后，土壤的微生物生物量、呼吸速率會(huì)發(fā)生顯著變化。施用污泥會(huì)使土壤微生物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。雖然關(guān)于污泥施用對(duì)土壤中微生物種類(lèi)和微生物活性的影響進(jìn)行了廣泛的研究，但是在污泥農(nóng)用對(duì)土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中還缺乏有效的生物學(xué)指標(biāo)。3.5對(duì)土壤酶的影響土壤酶對(duì)環(huán)境管理因素引起的變化較為敏感，且具

10、有良好的時(shí)效性特點(diǎn)。土壤酶活性在一定程度上還可以反映出環(huán)境狀況，某些污染物的存在能抑制土壤酶活性，如脲酶和脫氫酶活性對(duì)某些重金屬的反應(yīng)很敏感。劉云國(guó)等3研究發(fā)現(xiàn)，土壤脲酶活性隨土壤Cd濃度的增加而降低，脲酶活性與土壤Cd濃度顯著負(fù)相關(guān)。譚啟玲等4的研究結(jié)果表明，污泥的施用能增加潮土中脲酶的活性，多酚氧化酶及中性磷酸酶的活性與污泥的施用量有一定相關(guān)性，并與土壤中交換態(tài)Zn、Cu含量呈一定負(fù)相關(guān)。微生物活性與污泥性質(zhì)、施用量有關(guān)。當(dāng)施用低量外加重金屬和不加重金屬的污泥時(shí)（100m3ha-1），二者脫氫酶活性均升高，而當(dāng)污泥施用量較高時(shí)（300m3ha-1），外加重金屬污泥的脫氫酶活性降低。雖然土壤

11、酶對(duì)土壤污染程度非常敏感，但僅僅以土壤酶來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，研究表明，酶活性與微生物量的比率是評(píng)價(jià)環(huán)境脅迫的敏感指標(biāo)。雖然有關(guān)重金屬對(duì)土壤酶的研究較多，但在重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中還沒(méi)有被廣泛應(yīng)用。3.6對(duì)土壤動(dòng)物的影響有關(guān)重金屬對(duì)土壤動(dòng)物的研究以重金屬對(duì)蚯蚓的效應(yīng)居多。研究結(jié)果表明，與對(duì)照處理相比，施用污泥后，蚯蚓體內(nèi)Cu和Zn的含量增加。蚯蚓體內(nèi)重金屬含量的增加會(huì)明顯降低其繁殖能力，生命周期延長(zhǎng)。對(duì)生活在重金屬污染的河流沖積平原土壤中蚯蚓的研究結(jié)果表明，蚯蚓體內(nèi)重金屬含量高于未污染的對(duì)照區(qū)域。由于土壤中的重金屬很難被蚯蚓吸收利用，在評(píng)價(jià)重金屬對(duì)蚯蚓的毒害作用時(shí)，不應(yīng)只考慮土壤中重金屬的全量

12、，還應(yīng)當(dāng)考慮土壤溶液中和植物體內(nèi)重金屬的含量。目前，雖然對(duì)污泥施用的重金屬效應(yīng)進(jìn)行了較為廣泛的研究，但對(duì)土壤動(dòng)物的研究還相當(dāng)缺乏，應(yīng)加強(qiáng)這方面的科學(xué)研究。4削減污泥中重金屬危害的途徑4.1堆肥堆肥是一種把有機(jī)廢物分解轉(zhuǎn)化成類(lèi)腐殖質(zhì)的過(guò)程，該過(guò)程是在不同微生物的參與下完成的，是一種經(jīng)濟(jì)、有效的污泥處理方法。污泥經(jīng)過(guò)堆肥處理，其重金屬形態(tài)有較大的變化。一般是水浸提態(tài)重金屬的量減小，交換態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬的量有所增加，而殘?jiān)鼞B(tài)的量不同的重金屬變化不盡相同，但其比不同浸提劑所提取的總量大的多5,6。在堆肥過(guò)程中加入鈍化劑，如泥炭、粉煤灰和磷礦粉可以有效降低堆肥中有效性重金屬含量，是一種簡(jiǎn)單可行的污泥

13、穩(wěn)定處理技術(shù)7。雖然堆肥可以改變污泥中重金屬的形態(tài)，降低其活性，但是污泥堆肥廠(chǎng)一次性投資和占地面積大、堆肥周期較長(zhǎng)，研制低投入、高效率的污泥堆肥工藝是堆肥技術(shù)研究及推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。4.2堿性穩(wěn)定堿性穩(wěn)定是指將堿性材料加到處理的污泥中，通過(guò)提高污泥的pH值，達(dá)到無(wú)害化，實(shí)現(xiàn)污泥資源化的目的。在堿性穩(wěn)定過(guò)程中，由于添加了大量堿性物料，污泥pH值升高，重金屬形態(tài)發(fā)生改變，從而降低了其生物有效性。此外，在酸性土壤中施用堿性穩(wěn)定污泥和N-ViroSoil（一種堿性污泥產(chǎn)品）可以降低土壤中可溶態(tài)和可交換態(tài)的鋁的含量，從而降低了鋁對(duì)植物產(chǎn)生毒害的可能性。因此有關(guān)施用堿性污泥的重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，有待于進(jìn)一步深入

14、研究，特別是當(dāng)堿性污泥施用到酸性土壤后重金屬的形態(tài)和活性應(yīng)引起關(guān)注。4.3生物浸瀝生物浸瀝是一種較新的能夠經(jīng)濟(jì)有效去除污泥中重金屬的方法。生物浸瀝過(guò)程中起作用的是硫桿菌屬（Thiobacillus）類(lèi)細(xì)菌。周立祥等8采用自制的活性較高的硫桿菌菌液對(duì)供試厭氧消化污泥中重金屬進(jìn)行生物淋濾，結(jié)果表明，通過(guò)8天時(shí)間，污泥中Cu和Zn的去除率分別達(dá)93和85。硫化菌對(duì)污泥中重金屬的淋濾效果受到溫度、氧氣和二氧化碳濃度、起始pH、污泥種類(lèi)與濃度、抑制因子、二價(jià)鐵濃度等因素的影響9,10。隨著污泥農(nóng)用處置方式日益受到重視，生物浸瀝作為一種經(jīng)濟(jì)有效的去除污泥中重金屬的手段具有廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)該加強(qiáng)有關(guān)這方面

15、的研究并應(yīng)用在實(shí)際的工程中，讓污泥成為符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求的可利用的資源。在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)該結(jié)合污水處理工藝，以減少工程和運(yùn)行成本，提高生物淋濾的利用價(jià)值。4.4完善污泥農(nóng)用的標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)為了防止過(guò)量施用污泥對(duì)環(huán)境和作物造成危害，許多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)污泥的處置利用都制定了嚴(yán)格的法律法規(guī)。如美國(guó)EPA對(duì)污泥的標(biāo)準(zhǔn)、施用地點(diǎn)的選擇、病原物的控制、重金屬的允許施入量、水源的保護(hù)等都作了相應(yīng)的規(guī)定。我國(guó)1984年頒布了農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（GB428484），按酸性、中性及堿性土壤分別規(guī)定了污泥農(nóng)用的有害物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但是，我國(guó)關(guān)于污泥農(nóng)用的標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)還不健全，如還缺乏有機(jī)污染物和病原物的農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)

16、施用地點(diǎn)、施用后禁止進(jìn)入的時(shí)間等都缺乏相應(yīng)的管理規(guī)定，這都有待于在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善。雖然新的城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）中對(duì)鋅和銅的臨界含量做了一定調(diào)整，按照新的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有更多的污泥符合農(nóng)用的要求。但這同時(shí)也意味著可以進(jìn)入土壤的重金屬增加，至于其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是否也因此提高是值得關(guān)注的問(wèn)題?？刂莆勰嘀形廴疚锖孔罡镜拇胧┦牵何鬯畯S(chǎng)應(yīng)該從源頭抓起，控制入廠(chǎng)污水的質(zhì)量，防止含特定污染物較高的污水的混入，以降低污泥中污染物的含量。另外，要向社會(huì)各界大力宣傳環(huán)保知識(shí)，讓廣大污泥用戶(hù)了解科學(xué)施用污泥的利益和盲目施用污泥的危害，自覺(jué)遵守污泥土地利用的環(huán)境法律法規(guī)。5結(jié)語(yǔ)綜上

17、所述，污泥中重金屬種類(lèi)繁多，并且在土壤中存在一定的積累現(xiàn)象，如果在污泥處置過(guò)程中沒(méi)有采取相應(yīng)的安全措施，必將對(duì)生態(tài)環(huán)境、人類(lèi)和其他生物健康產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，關(guān)于污泥中重金屬的研究已從傳統(tǒng)的對(duì)作物的毒害作用轉(zhuǎn)移到對(duì)生態(tài)環(huán)境安全和人類(lèi)健康的影響上，如污泥中的重金屬對(duì)人和動(dòng)物、土壤微生物、土壤動(dòng)物和土壤酶的影響等。降低污泥土地利用過(guò)程中重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)除了依靠堆肥，堿性穩(wěn)定，生物淋濾等技術(shù)措施外，很大程度上取決于國(guó)家環(huán)境法律法規(guī)的完善和人們保護(hù)環(huán)境自覺(jué)程度，這需這一方面需要環(huán)境科學(xué)和土壤科學(xué)等相關(guān)學(xué)科及其專(zhuān)家們的通力合作，同時(shí)也需要政府、管理部門(mén)和企業(yè)及其與科技界的共同努力，以推動(dòng)和促進(jìn)污泥及其土地資源化利用的研究與管理工作。參考文獻(xiàn)1陳同斌,黃啟飛,高定,等.中國(guó)城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢(shì)J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2003,23(5):561-569.2李季,吳為中.國(guó)內(nèi)外污水處理廠(chǎng)污泥產(chǎn)生、處理及處置分析A.污泥處理處置技術(shù)與裝備國(guó)際研討