污泥干化芦苇床系统中重金属和腐殖质的变化特征研究

苏柳珍　杨青（等）

【摘 要】城镇现代化建设过程中，积极发展工业经济，城市人口不断增加，随之而来的是城市消耗的水资源增多，城市污水处理的污水剩余污泥也日益增多。污泥本身富含植物生长必需的营养物质氮磷等，是一种良好的有机肥料，然而往往也含有重金属等有害物质。本文通过考查污泥干化芦苇床中重金属的含量变化特征探索重金属去除机制，并通过总氮总磷不同取样点的空间变化和时间变化，探讨污泥腐殖化率和污泥腐殖化指数的变化情况，为城市污泥的无害化和资源化处理提供科学依据。

【关键词】污泥干化芦苇床；重金属；腐殖质

污泥干化芦苇床是20世纪80年代起源于欧洲的种新型处理处置污水剩余污泥的技术。其本质是利用绿色植物来转移、容纳或转化污泥中和水体中的污染物使其度环境以及人类无害。污泥干化芦苇床技术具有投资和维护的成本低，操作简单，可通过收割植物避免二次污染，处理过程可与城市景观结合增加城市绿化等优点[1-4]。

1 重金属的变化特征

不同城市剩余污泥中重金属种类以及含量不同，重金属在污泥中的存在形态主要有可交换的例子态，碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态等，因其污水来源、处理工艺和元素本身影响而不同。植物修复重金属的途径主要有植物的吸收转运，植物挥发和根系过滤作用。植物吸收是指植物根系吸收重金属作为自身物质进入植物体内，我们可通过收割植物达到回收重金属目的，减少污泥重金属浓度。植物挥发则是由于植物的吸收能使得某些重金属转化为挥发态，挥发出污泥表面。植物根系可分泌一些特殊物质使得污泥中重金属产生分解或螯合作用转化为相对无害的物质从而减少对环境以及人类身心健康的危害。经研究发现，人工湿地中的芦苇植株在经过一段时间的生长后植物体内的重金属含量有所增加，但仍低于污泥中重金属含量。重金属种类不同，植株出现选择性吸收现象，各金属吸收量不同，同一种类的重金属在植株内的分布不同。重金属的种类和特性、污泥的PH值会影响去除率，例如酸性可以促进重金属的溶解和植物的吸收，达到更好的去除效果。植物根系的微生物种类和数量以及重金属与其它重金属相互作用从而影响去除效果。

2 污泥中腐殖质的变化特征

污泥中的氮主要是以氨氮和有机氮形式存在的。污泥中含有的大量微生物为有机氮的主要来源，无机氮主要是以氨态氮和硝态氮组成。经研究发现，不同形态的氮素空间变化不同，不同深度的污泥层氮的去除率不同。在泥沙层的中上部，氨态氮明显高于硝态氮，而随着污泥层的深度加深，氨态氮浓度呈下降趋势，硝态氮呈上升趋势。直至根系层，氨态氮浓度开始缓慢上升，而硝态氮呈下降趋势，且其下降率高于氨态氮上升率，这是由于在根系层由于芦苇根系的放养作用使得硝化细菌能大量生长，为硝化作用提供必需的氧环境。而亚硝态氮的浓度较低，呈现先升高后下降趋势。对比上、中、下三层总氮的去除效果可发现上层总氮去除率略高于中、下两层。这是由于芦苇植物的根系属向上生长，可以吸收上层污泥中的氮素作为营养物质供自身生长。污泥干化芦苇床中总氮的去除率能达到65%左右。由此，可以归结出剩余污泥中氮素的去除主要是由于硝化作用和反硝化作用以及植物的吸收转化功能。

经查阅大量文献可知，目前关于利用植物修复技术降解污泥中磷的含量得道的结果因人而异，甚至出现不降反增的现象。此次研究发现总磷的去除率为12%，效果不是很明显。植物修付系统中磷的去除机理主要有吸附沉淀以及植物的吸收转化，而不同研究者产生差异结果则与各区域气候条件、污泥特性等因素相关。

腐殖质是指已死的生物体在土壤中经微生物分解而形成的有机物质，其主要组成元素有碳、氢、氧、氮、磷等，是土壤养分的主要来源，而且对土壤的物理、化学、生物学性质都有重要影响，是土壤肥力指标之一。腐殖质中的胡敏酸和富里酸质量分数的比值称为污泥腐殖化指数，可以衡量腐殖质的品质优劣。污泥干化芦苇床系统中污泥腐殖化指数能达到0.912相比初进泥的0.085提升速率较大，说明在芦苇干化床系统中污泥逐步趋于稳定化，无害化。

3 结论

污泥干化芦苇床中植株对重金属的吸收量明显低于污泥中重金属的量，去除效果有待提高。下一步可积极探索添加化学调制剂或者利用污泥中微生物的行进修复。

污泥中总氮的去除率达到65%，磷的去除率达到12%，虽然氮磷含量的减少预示着污泥中营养物质的缺失，但是污泥腐殖化指数缺明显增高说明污泥在芦苇干化床系统中逐渐稳定，但仍含有丰富的营养物质，是良好的肥料。

污泥中的重金属会随着实物链累积进入人体，若不引起重视，是威胁人类健康的一大隐患。我们应该积极探索污泥稳定化过程中各个有害物质的去除机制，筛选生长速度较快、具有超富集能力的植株，寻找新型的复合型修复技术。

【参考文献】

[1]孙红杰，崔玉波，等.污泥生态稳定化过程中渗滤液处理效能研究[J].吉林农业大学学报，2011，33（3）：306-309.

[2]孙红杰，崔玉波，王芳，等.芦苇床与干化床污泥脱水和稳定性能比较[J].安全与环境学报，2011，11（6）：81-84.

[3]崔玉波，孙红杰，王芳，等.污泥干化芦苇床中积存污泥的氮磷变化规律[J].生态与农村环境学报，2012，28（2）：192-195.

[4]崔玉波，孙红杰，冉春秋，等.污泥干化床与芦苇床稳定化污泥中多环芳烃的含量比较[J].环境科学，2013，34（3）：1161-1165.

[责任编辑：汤静]