王憲慶，宋泓辰，孔春朵，楊其學，張　旋

(齊魯工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，山東　濟南　250353)

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脫水污泥對黑麥草生長的影響*

王憲慶，宋泓辰，孔春朵，楊其學，張旋

(齊魯工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，山東濟南250353)

以濟南市西區(qū)污水處理廠的脫水污泥為研究對象，研究了摻加不同配比污泥的土壤對黑麥草的生物量，重金屬吸收量的影響。結果表明，污泥中的有機質、氮、磷等肥效成分豐富，其Cr、Cu、Zn、Pb、Ni重金屬含量明顯高于背景土壤，但在園林綠化用泥標準之內。污泥能有效促進黑麥草的生長，當污泥的添加量為20%時，黑麥草的株高、干濕生物量和葉綠素含量均取得最大值，污泥添加量超過20%時抑制作用明顯。黑麥草對不同重金屬有不同的吸收規(guī)律。

脫水污泥；黑麥草；生物量；重金屬

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快，城市污水處理量必將有很大的提升，作為污水處理過程副產(chǎn)物的污泥的產(chǎn)量也在快速增加。截至2012年底，全國城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥(含水率以80%計)高達4000萬噸/年左右，而且還在以每年10%～15%的速度增加[1]。污泥中不僅含有豐富的有機物質，還含有大量病原微生物、寄生蟲卵或重金屬等有害物質[2]，從污泥中檢測到的192種化合物中有99種被確定為有害化合物[3]。如果不經(jīng)合理的處理和處置，必然會對環(huán)境造成嚴重的二次污染。2010年，我國城市污水廠污泥無害化處置率不足25%。鑒于我國污泥處理的落后狀況，國家“十二五”規(guī)劃已經(jīng)將污泥處理處置問題作為“十二五”的重點問題。因此，打破傳統(tǒng)的污泥處置方式，探尋一種成本費用低，既能充分利用污泥有機質和營養(yǎng)成分，又不危害生態(tài)環(huán)境的污泥處置技術變得尤為重要。

城市污水廠污泥用于園林綠化施肥既可以充分利用污泥中的營養(yǎng)成分，又杜絕了其中有害成分進入食物鏈的可能，因此，污泥用于園林綠化植物必將成為污泥處置的一種重要方式。

本研究利用城市污水廠脫水污泥作為常見草坪草黑麥草的肥料，研究了施用污泥對黑麥草生長的影響，這對于充分利用污泥中的有益成分，解決現(xiàn)在面臨的污泥處理和處置難題，實現(xiàn)污泥的資源化利用具有重要的意義。

1　實　驗

1.1實驗原料

背景土壤：取自齊魯工業(yè)大學長清校區(qū)內20～30 cm的熟土。脫水污泥：取自濟南市西區(qū)污水處理廠的脫水污泥，固含量20%～30%。分別將其自然風干后，揀去植物殘體與石頭顆粒等雜質，用粉碎機粉碎后過25目篩，裝袋密封備用，另一部分過100目篩測定各種理化指標和重金屬用。

1.2主要設備及儀器

pHS-3C型pH電極，上海儀電科學儀器股份有限公司；LDO101電導率儀，美國HACH公司；722N可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；TU-1901紫外分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；Optima 2000DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國PE公司。

1.3分析測試方法

土壤和污泥的含水率采用重量法，pH采用電極法，電導率采用5:1浸提-電導法，有機質含量采用重鉻酸鉀容量法，總氮(TN)采用半微量凱氏法，總磷(TP)采用硫酸-高氯酸消煮法，速效氮采用堿解擴散法，速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗分光光度法，重金屬(Cu、Zn、Pb、Ni等)和總鉀(TK)采用常壓消解電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定。

1.4黑麥草的種植及生物量的測定

黑麥草于2015年9月28日種植，污泥肥料投加比例(重量比)分別為0%(對照組)、5%、10%、20%、30%和40%。采用長方形塑料容器，面積約為0.1 m2，每個處理設置3個平行，按18 g/m2的播種量播種?；|混配均勻后，將種子均勻撒播到土壤表面，覆土約0.5 cm后采用噴灑的方式灑水，避免種子被沖刷。播種45天后從每個平行樣中任意選取10～12株黑麥草測其株高和分蘗數(shù)，收割后測定其生物量及葉綠素含量，215天后，從每個平行樣中任意選取10～12株黑麥草，洗凈植株后，測其根長。

2　結果與討論

2.1土壤和污泥的基本理化性質

表1　土壤和污泥的基本理化性質

表1為土壤和污泥的基本理化性質。從表1中可以看出污泥pH與背景土壤的pH相近，適合黑麥草的生長。電導率是衡量可溶性鹽分含量多少的一個重要指標，可溶性鹽分含量過高會抑制植物生長，嚴重時會出現(xiàn)燒根現(xiàn)象。污泥的電導率(EC)為1.92 mS/cm，明顯高于土壤的電導率0.11 mS/cm，說明污泥中可溶性鹽含量較高，如果施加量較多，可能會對黑麥草生長產(chǎn)生不利影響。陽離子交換量(CEC)是評價土壤緩沖能力、保水保肥能力的一項重要指標，CEC越高，土壤緩沖能力、保水保肥能力越好。污泥中的陽離子交換量(CEC)為，污泥中的陽離子交換量(CEC)約為土壤中的6倍，這說明污泥具有很好的保肥能力污泥作為肥料將有效改善土壤保肥保水差的特點。

2.2土壤和污泥的肥效性質

污泥中肥效成分的含量是衡量其用于園林綠化價值的主要因素。表2對比了污泥樣品和土壤中的有機質及氮磷鉀等營養(yǎng)成分的含量，從表2中可以看出，污泥中的有機質、TN、TP和速效氮、速效磷遠遠高于土壤，分別是土壤中相應指標的27倍、129倍、43倍、43倍和49倍，污泥中總鉀的含量為6.04 g/kg，與土壤中的總鉀含量差別不大，這與我國污水處理廠中鉀含量平均值(5.83 g/kg)基本一致[5]；與豬糞和牛糞相比，各種指標除速效磷外都低于這兩種優(yōu)良的有機肥，但污泥作為一種廢棄物，其有機質、N和P都遠高于土壤中的相應肥效成分，營養(yǎng)成分滿足GB/T23486-2009中總養(yǎng)分[總氮(以N計)+總磷(以P2O5計+總鉀(以K2O計)]≥3%的要求，說明污泥肥效成分極為豐富，完全能夠滿足植物生長需求。

表2　土壤和污泥的肥效成分含量

注：測定結果均為干基。下文中如不特別注明均為干基。

除肥效指標外，污泥中的重金屬含量也是需要關注的指標，表3 列出了土壤及污泥中重金屬含量及農(nóng)用污泥和園林用泥的重金屬應用標準。從表3中可以看出，污泥中的重金屬含量遠高于土壤，其鋅、銅、鎳、鉛含量分別是土壤中的275、6、10、11倍；污泥中的鉻含量為106.5 mg/kg，在土壤中未檢出；土壤和污泥中均未檢出鎘。雖因鋅含量過高該污泥不能直接農(nóng)用，但是適合園林用泥標準，可直接用于園林綠化。

表3　土壤及污泥的重金屬含量和重金屬應用標準

注：“—”為未檢出，農(nóng)用泥質標準為《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質》(GB/T 309-2009)中的B級標準，園林用泥標準為《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》(GB/T23486-2009)中標準。

2.3污泥對黑麥草生長狀況的影響

圖1　不同污泥用量對黑麥草生長情況的影響

實驗過程中發(fā)現(xiàn)不添加污泥的對照組黑麥草最先發(fā)芽，其它施加不同用量污泥的黑麥草種子發(fā)芽均比對照組晚2～3天，說明污泥中的重金屬等有害物質抑制了黑麥草出芽。

圖1中(A)、(B)為不同污泥施加量對黑麥草株高、根長及分蘗數(shù)的影響。可以看出，施加污泥促進了黑麥草的生長，污泥施加量在10%～20%之間時，黑麥草的株高和分蘗數(shù)都處于最高值。在污泥施加量為5%時，黑麥草根長最大，背景土壤中黑麥草根長次之，這可能是由于未經(jīng)堆肥腐熟的污泥對草坪草的促進作用主要表現(xiàn)在地上，施用量較大時會對地下部分產(chǎn)生抑制作用[5]。圖1(C)、(D)為不同污泥施加量對黑麥草生物量及葉綠素含量的影響。當污泥施加量為20%時，黑麥草地上部分的生物量最大，葉綠素含量最高。綜上所述，污泥用量在0%～20%范圍內時，隨污泥用量的增加，黑麥草的株高、分蘗數(shù)、濕重、干重、葉綠素含量均呈增加趨勢；當施加量達到20%時，各種生物量指標達到最大；若繼續(xù)增加污泥用量，各種生物量指標反而會下降，說明施加一定用量的污泥可有助于黑麥草生長，但如果用量過高，由于污泥中重金屬等有害物質的含量也會增高，重金屬對黑麥草的抑制作用占主導反而對其生長不利，10%～20%是較合適的施用范圍，污泥中豐富的營養(yǎng)成分有利于黑麥草的生長，但由于用量較低，重金屬等有害成分的抑制作用還不明顯。

2.4黑麥草對重金屬吸收的研究

污泥中含有多種重金屬，可能被黑麥草吸收，草坪草需經(jīng)常修剪，如果黑麥草體內重金屬含量過高，則需謹慎處理割下的黑麥草，需要投入更多人力物力。因此，對收獲的黑麥草樣品進行了重金屬含量分析。分析結果見表4。由表4可以看出，與對照組相比，施加污泥的黑麥草中重金屬含量增加，不同的重金屬在黑麥草中吸收規(guī)律不同。黑麥草中的Cr、Pb兩種重金屬含量隨污泥施加量增加變化不大，而Cu和Zn含量隨污泥用量增加而增加，當污泥施加量為20%時達到最大，污泥用量為30%、40%時，其黑麥草中的Cu、Zn含量反而下降，黑麥草中的Ni含量在污泥施加量為40%時達到最大。這可能是由于在污泥中不同重金屬的存在狀態(tài)不同，污泥中的Cr、Pb可能主要以穩(wěn)定態(tài)存在的，使得被黑麥草吸收的Cr、Pb隨污泥用量的變化不大。

表4　不同污泥施加量條件下黑麥草中重金屬含量

3　結　論

(1) 污泥具有合適的pH和較高的CEC可用于土地利用，較高的有機質和N、P可滿足黑麥草生長需要，其中的重金屬等有害成分會抑制黑麥草種子萌發(fā)。所以污泥不適合在育苗期施用，在黑麥草成長期施用為宜。

(2)當污泥的添加量為20%時，黑麥草株高、分蘗數(shù)、葉綠素以及地上部分生長量等均可達到較高水平，由此可見污泥能有效促進黑麥草的生長。添加量為30%時開始出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，黑麥草的各種生長量指標反而下降。

(3)黑麥草在生長過程中，六種重金屬元素都出現(xiàn)了不同程度的吸收，所以，若長期施用污泥肥料，應對黑麥草進行妥善處理避免形成二次污染。不同的重金屬在黑麥草中吸收規(guī)律不同，這可能是由于污泥中重金屬的存在狀態(tài)不同，污泥用量增加，黑麥草中的Cr、Cu、Pb三種重金屬含量變化不大，說明這三種金屬在污泥中主要以穩(wěn)定態(tài)存在。

[1]住房城鄉(xiāng)建設部. 住房城鄉(xiāng)建設部關于全國城鎮(zhèn)污水處理設施2012年第四季度建設和運行情況的通報(城建[2013]21號)[Z].

[2]Cheng M M, Mu L H, Huang Y J, et al. Total concentrations of heavy metals and occurrence of antibiotics in sewage sludges from cities throughout china[J]. Journal of Soils and Sediments, 2014, 14(6):1123-1135.

[3]Yang J, Lei M, Chen JB, et al. Current status and developing trends of the contents of heavy metals in sewage sludges in China[J]. Frontiers of Environmental Science & Engineering in China, 2014(5): 719-728.

[4]劉新安. 西安城市污水處理廠污泥在市政園林綠化中的應用研究[D]. 西安:西安建筑科技大學碩士學位論文，2012.

[5]趙方瑩,李文忠,張雪彪,等. 不同性狀城市污水污泥在草坪生產(chǎn)中的應用研究[J]．環(huán)境污染與防治，2011,33(8): 32-35.

Influence of Dewatering Sludge on the Growth of Ryegrass*

WANG Xian-qing， SONG Hong-chen， KONG Chun-duo， YANG Qi-xue, ZHANG Xuan

(College of Environmental Science, Qilu University of Technology, Shandong Jinan 250353, China)

The dewatering sludge from the wastewater treatment plant in the west of Jinan was mixed with different proportion of soil and the mixture was used substrate to plant ryegrass. The influence of the sludge on the production of ryegrass and the content of heavy metals assimilated by ryegrass was studied. The results showed that the contents of organic matter, N and P were rich in the raw sludge and contents of heavy metals such as Cr, Cu, Zn, Pb, Ni were obviously higher than those in soils. The raw sludge met the quality standards of sludge used in gardens and parks. The sludge could effectively promote the growth of ryegrass. When the applied amount of sludge reached 20%, the maximal values for plant height, dry and wet biomass and chlorophyll content were obtained. If the applied amount of sludge exceeded 20%, the obvious inhibitory effect was showed. The ryegrass exhibited different rules for different heavy metals uptake.

dewatering sludge; ryegrass; production of plants; heavy metals

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(項目編號:201510431028)。

王憲慶(1993-)，男，在讀本科生，專業(yè)：環(huán)境科學。

張旋，女，博士，副教授，研究方向：水污染控制。

X705

A

1001-9677(2016)016-0076-04