郇輝輝，王興明，2，3，6*，儲(chǔ)昭霞，王運(yùn)敏，2，范廷玉，6，董眾兵，徐曉平

（1.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232000；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；3.皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；4.資源與環(huán)境生物技術(shù)安徽普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，淮南師范學(xué)院生物工程學(xué)院，安徽 淮南 232038；5.安徽工程大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241009；6.安徽省高潛水位礦區(qū)水土資源綜合利用和生態(tài)保護(hù)工程實(shí)驗(yàn)室，安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232000）

大多數(shù)污泥中含有重金屬，若處置不當(dāng)，不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)產(chǎn)生二次污染。在污泥堆肥中添加有機(jī)或無(wú)機(jī)改良劑，可改變重金屬形態(tài)，降低污泥中重金屬有效性。如：堆肥中添加KHPO和FeSO，可顯著降低Cu 和Zn 遷移率，添加秸稈和鋸末等可加速污泥穩(wěn)定化，鈍化重金屬毒性。飛灰和磷酸鹽能減少污泥中重金屬遷移性和生物有效性。生物炭因孔隙度小、比表面積大、含有豐富表面官能團(tuán)和陽(yáng)離子交換容量，容易吸附重金屬，經(jīng)常作為堆肥改良劑以鈍化污泥中重金屬活性，且效果較好。

蚯蚓黏液是從表皮分泌的一種淡黃色膠黏物質(zhì)，在蚯蚓生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)、繁殖和攝食中起著重要作用。黏液組分比較復(fù)雜，主要由碳水化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等分子組成。研究表明，黏液能驅(qū)動(dòng)和加速植物殘?bào)w的有機(jī)礦化作用和腐殖化進(jìn)程，還能作為微生物同化的碳源，能對(duì)土壤中有機(jī)污染物的遷移和歸宿產(chǎn)生影響，也能顯著增加番茄幼苗對(duì)Cd 積累，更能促進(jìn)植物對(duì)重金屬和多環(huán)芳烴類物質(zhì)吸收和富集。由此，蚯蚓黏液能對(duì)環(huán)境中污染物遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重要生態(tài)功能。

現(xiàn)有研究均表明生物炭能用于堆肥并鈍化堆肥中重金屬活性，蚯蚓黏液也能在環(huán)境中調(diào)控重金屬行為。將生物炭和黏液聯(lián)合用于污泥堆肥過(guò)程能否改變污泥中重金屬濃度和形態(tài)，從而調(diào)控污泥中重金屬活性，這類研究還很鮮見(jiàn)。由此，本研究將蚯蚓黏液與不同比例竹炭聯(lián)合處理堆肥，探索污泥中重金屬行為變化，以期為降低污泥堆肥中重金屬提供新思路和新方法。因黏液制備過(guò)程復(fù)雜難控制，難以大量制備，后續(xù)可通過(guò)分析黏液組分，將蚯蚓黏液以仿生液形式進(jìn)行制備并應(yīng)用于堆肥。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用生活污泥取自淮南市某污水處理廠脫水車間（污泥濃縮池+板框深濃度脫水工藝）；竹炭采用風(fēng)干后長(zhǎng)度為10 cm 左右竹段，于實(shí)驗(yàn)室800 ℃馬弗爐中持續(xù)熱解2 h，自然冷卻至室溫，研磨并過(guò)100目篩制得，孔體積0.23 cm·g，顆粒孔直徑2～3 nm，比表面積472.6 m·g；蚯蚓為大平Ⅱ號(hào)赤子愛(ài)勝蚓（），購(gòu)自江蘇省句容市蚯蚓養(yǎng)殖基地。采用電擊法獲取蚯蚓黏液：先在實(shí)驗(yàn)室馴化一周，而后挑選活性較大、有成熟環(huán)帶、個(gè)體重量為0.5 g 左右的成年蚯蚓共600 g，去離子水洗凈，放置排糞盒24 h，再用去離子水清洗，放入電擊裝置中，參考ALLEGRETTA 等研究，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)選取不損傷蚯蚓的5 V 電壓，10 mA 電流，電擊3 次（電擊后的蚯蚓可正常生存），每次60 s，共收集純蚯蚓黏液50 mL，將獲取的純蚯蚓黏液稀釋10 倍，-20 ℃冷凍保存待使用。材料的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 材料的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physiochemical properties of raw materials

1.2 試驗(yàn)方法

為探究黏液?jiǎn)为?dú)堆肥和黏液聯(lián)合竹炭堆肥對(duì)污泥的作用，試驗(yàn)共設(shè)置了6 個(gè)處理：CK：污泥；T0：污泥+蚯蚓黏液；T1：T0+2%竹炭；T2：T0+4%竹炭；T3：T0+6%竹炭；T4：T0+8%竹炭。各處理污泥重2 kg，蚯蚓黏液添加量參考HUANG 等研究方法，添加黏液40 mL，竹炭添加量為污泥干質(zhì)量比例，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。所有堆肥處理置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中，含水率在60%～70%之間，根據(jù)以往研究黏液作用在前20 d 表現(xiàn)最佳，并讓黏液充分降解和使堆肥穩(wěn)定化，堆肥時(shí)間選擇35 d。

1.3 分析方法

試驗(yàn)結(jié)束后，取質(zhì)量比1∶5 的風(fēng)干污泥與蒸餾水，玻璃電極法測(cè)定pH 和電導(dǎo)率（EC）?？偟═N）和總磷（TP）采用過(guò)硫酸鉀消化法聯(lián)合測(cè)定；有機(jī)質(zhì)（OM）采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法測(cè)定；重金屬總量采用王水回流消解法測(cè)定；有效態(tài)采用0.005 mol·LDTPA 提取測(cè)定；重金屬形態(tài)分析采用Tessier 5步提取法測(cè)定（F1：可交換態(tài)、F2：碳酸鹽結(jié)合態(tài)、F3：鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、F4：有機(jī)結(jié)合態(tài)、F5：殘?jiān)鼞B(tài)）。試驗(yàn)過(guò)程均加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制，試驗(yàn)回收率在95%～105%之間，符合要求。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2019和SPSS24進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算。運(yùn)用單因素方差分析（ANOVA）和多重比較（LSD）分析不同處理組污泥理化性質(zhì)、重金屬總量、重金屬有效態(tài)及形態(tài)分布相關(guān)性、逐步回歸分析和主成分分析（PCA），顯著度采用0.05 和0.01 水平，采用Origin 2021制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 堆肥后污泥理化性質(zhì)變化

如圖1、圖2 所示，黏液聯(lián)合竹炭堆肥條件下，不同處理間理化性質(zhì)差異顯著（0.05）。與污泥單獨(dú)堆肥處理（CK）相比，添加黏液的T0 處理pH、EC 和TK 含 量 分 別 提高1.42%、3.70% 和2.67%（EC，0.05），而OM、TN 和TP 含量分別顯著降低1.27%、7.87%和14.18%（0.05，OM 除外）；隨著黏液聯(lián)合不同比例竹炭添加到污泥中進(jìn)行堆肥（T1～T4），pH、EC、OM 和TN、TP、TK 分別呈顯著升高和降低趨勢(shì)（0.05），當(dāng)黏液聯(lián)合8%竹炭時(shí)（T4）分別升高和降低 了10.12%、19.95%、42.02% 和13.05%、33.83%、4.57%，這表明污泥的偏酸性（表1，pH=6.7）和低有機(jī)質(zhì)總體上隨黏液和竹炭的添加改善明顯，而污泥的營(yíng)養(yǎng)元素卻流失較多；堆肥后，所有處理中黏液聯(lián)合2%竹炭處理（T1）的污泥偏酸性且有機(jī)質(zhì)改善明顯，營(yíng)養(yǎng)元素流失較少，堆肥效果相對(duì)理想。

圖1 黏液和竹炭添加對(duì)污泥理化性質(zhì)的影響Figure 1 Effects of applying earthworm mucus and bamboo charcoal on physical and chemical properties of sludge

圖2 黏液和竹炭添加對(duì)污泥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響Figure 2 Effects of applying earthworm mucus and bamboo charcoal on nutrients of sludge

本試驗(yàn)中隨著添加黏液和不同比例竹炭，各處理pH 逐漸增加，這一方面由于黏液中蛋白質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng)產(chǎn)生氨氮化合物，使T0 處理pH 高于CK 處理，并隨著竹炭自身弱堿性物質(zhì)釋放到堆肥體系中，使T1～T4 處理組pH 逐漸上升；另一方面黏液和竹炭均能提升堆肥體系中微生物活性，使堆肥體系中微生物脫氨基作用加強(qiáng)，大量NH釋放引起pH 升高。EC與堆肥中溶解性鹽含量息息相關(guān)，HUANG 等研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓黏液可以加速OM 礦化過(guò)程，同時(shí)李冉等研究發(fā)現(xiàn)生物炭可以改變堆肥體系中微生物環(huán)境，提高微生物活性，使得OM 劇烈分解，產(chǎn)生較多小分子HCO3和磷酸鹽等，從而使得EC 值不斷升高。這與本研究中添加黏液和不同比例竹炭后pH、EC 值上升結(jié)果相一致。類似研究結(jié)果也被鄭西朋等所證實(shí)。黏液和竹炭均可增大OM 礦化程度，產(chǎn)生大量礦物鹽，而黏液中OM 易被微生物利用，因此在黏液?jiǎn)为?dú)堆肥中OM 含量下降，隨著竹炭的添加，引入了更多具有相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)且不溶性碳，最終使得堆肥后OM含量逐漸升高。

HUA等研究發(fā)現(xiàn)，竹炭的高比表面積和多孔徑結(jié)構(gòu)對(duì)氨氣產(chǎn)生吸附效應(yīng)，隨著竹炭添加比例增加，吸附能力加強(qiáng)，提高了堆肥體系中TN 濃度。本研究則相反，在T0 處理組中黏液加快堆肥體系中微生物生長(zhǎng)繁殖，促進(jìn)OM 礦化和腐殖化，將大量有機(jī)氮和氮素轉(zhuǎn)化成氨氣揮發(fā)，造成氮損失；隨著污泥中添加黏液和不同比例竹炭，堆肥體系中引入了更多OM，黏液對(duì)基質(zhì)的啟動(dòng)效應(yīng)使OM 的礦化和腐殖化速率加快，為微生物提供更加有利的氨化、硝化和反硝化環(huán)境，使氨揮發(fā)量遠(yuǎn)超過(guò)竹炭對(duì)氨氣的吸附能力，伴隨著部分硝態(tài)氮淋溶到濾液中，也會(huì)造成氮損失；當(dāng)竹炭添加量為8%時(shí)，揮發(fā)與吸附的動(dòng)態(tài)平衡逐漸向吸附端偏斜，氮損失降低，這與WEI 等研究結(jié)果一致。磷元素通常以液體或者固體形式存在，稀釋作用較弱的2%竹炭中有機(jī)質(zhì)迅速降解，產(chǎn)生較多磷酸和有機(jī)酸，使得在黏液堆肥基礎(chǔ)上TP 含量升高，隨著竹炭比例不斷增加，稀釋作用加強(qiáng)，產(chǎn)生的有機(jī)酸也將部分不溶性磷和鉀溶解入濾液中，造成磷和鉀損失，所有處理中TP、TK 含量均低于對(duì)照，這與CUI等研究結(jié)果類似。

2.2 堆肥后污泥中重金屬總量變化

如表2 所示，采用黏液和竹炭進(jìn)行污泥堆肥，重金屬Zn、Pb、Cu、Ni 和Cd 含量整體呈下降趨勢(shì)，差異顯著（0.05）。堆肥后，單獨(dú)黏液處理（T0）的污泥重金屬Zn、Ni、Cd 含量顯著小于對(duì)照組（CK），分別下降了8.39%、10.93%、3.78%（0.05），Pb、Cu 含量降低幅度較?。ǎ?.05）；隨著添加黏液的污泥中竹炭比例增加，重金屬含量下降更為顯著（0.05），Zn、Pb、Cu、Ni 含量和Cd 含量分別在黏液+8%竹炭處理（T4）和黏液+6%竹炭處理組（T3）降到最低，較CK 處理分別下降了31.99%、47.39%、25.06%、31.23%和28.21%，下降幅度次序?yàn)镻b＞Zn＞Ni＞Cd＞Cu。由此，黏液和竹炭聯(lián)合處理污泥后，重金屬（Zn、Pb、Cu、Ni、Cd）含量均顯著低于《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284—2018），更顯著低于歐盟和德國(guó)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，今后可考慮用于農(nóng)用和園林綠化。

表2 不同處理組重金屬含量（mg·kg-1）Table 2 The concentrations of heavy metals in different treatment groups（mg·kg-1）

欒潤(rùn)雨等研究發(fā)現(xiàn)，堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)降解，水分散失，揮發(fā)性物質(zhì)損失等，產(chǎn)生濃縮效應(yīng)，使堆體變小，重金屬含量普遍增加。本試驗(yàn)結(jié)果則相反，單獨(dú)加入黏液進(jìn)行堆肥，堆體礦化和腐殖化速度加快，使腐植酸與重金屬結(jié)合浸出到濾液中，降低重金屬含量，這與舒增年等和高兆慧等研究的蒙脫石對(duì)污泥以及粉煤灰對(duì)豬糞進(jìn)行好氧堆肥過(guò)程中產(chǎn)生滲濾液并流出，造成重金屬流失，使堆體重金屬含量降低的結(jié)果相一致。隨著竹炭比例增加，堆肥體系的稀釋作用加強(qiáng)，重金屬含量進(jìn)一步降低。

2.3 堆肥后對(duì)污泥中重金屬有效態(tài)的影響

有效態(tài)重金屬是堆肥中易被植物吸收、同化的重金屬，包括水溶態(tài)、酸溶態(tài)、螯合態(tài)和吸附態(tài)。本研究發(fā)現(xiàn)（圖3），與CK處理相比，僅添加黏液的T0處理Pb、Ni、Cd 有效態(tài)含量降低11.08%、11.34%、28.57%（0.05），當(dāng)添加黏液和2%竹炭時(shí)，堆肥中Pb、Zn有效態(tài)含量進(jìn)一步降低了17.73%、3.99%，有效態(tài)Cu 含量顯著升高了118.25%（0.05），當(dāng)竹炭添加量達(dá)8%時(shí)，堆肥中有效態(tài)Pb、Zn、Ni、Cd 含量均顯著降低26.60%、15.80%、24.42%、14.29%（0.05，Cd 除外），降低幅度順序?yàn)镻b＞Ni＞Zn＞Cd，但有效態(tài)Cu 含量增加134.88%（0.05）；此外，對(duì)重金屬有效態(tài)與黏液中竹炭添加量進(jìn)行相關(guān)性分析可知，黏液堆肥中有效態(tài)Zn、Pb、Ni 含量與竹炭添加量呈顯著負(fù)相關(guān)，有效態(tài)Cu 含量與竹炭添加量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.928、-0.863、-0.901 和0.855（0.01），而有效態(tài)Cd含量與竹炭添加量相關(guān)性不顯著。

圖3 添加黏液和竹炭對(duì)污泥中有效態(tài)重金屬的影響Figure 3 Effects of applying mucus and bamboo charcoal on the DTPA-extractable concentrations of Pb，Zn，Ni，Cu and Cd in sludge

為了進(jìn)一步明確黏液中添加竹炭對(duì)堆肥后重金屬有效性的影響，采用主成分分析（PCA）對(duì)重金屬有效性進(jìn)行分析。通過(guò)PCA 得出，第一主成分（PC1）、第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率分別為71.5%和22.2%，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到93.6%。如圖4 所示，CK 處理組、T4 處理組分別在PC1 方向上對(duì)重金屬有效性表現(xiàn)出明顯正、負(fù)效應(yīng)，而T0 處理組在PC2 方向上對(duì)重金屬有效性表現(xiàn)出明顯負(fù)效應(yīng)；因此，CK處理是提高重金屬有效性的主要處理組，T0 和T4 處理是降低重金屬有效性的主要處理。此外，對(duì)5 種重金屬的兩個(gè)主成分進(jìn)行因子加載，以進(jìn)一步分析5 種重金屬對(duì)兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)，通過(guò)PCA 發(fā)現(xiàn)，Cu 對(duì)PC1 的負(fù)效應(yīng)最顯著，Pb、Zn、Ni 對(duì)PC1 的正效應(yīng)最顯著，Cd 對(duì)PC2的正效應(yīng)最顯著。結(jié)果表明，黏液?jiǎn)为?dú)堆肥（T0）可降低重金屬有效性，對(duì)Pb、Ni、Cd具有一定鈍化效果，而黏液中添加8%竹炭（T4）對(duì)污泥中Pb、Zn、Ni 具有較好的鈍化效果，對(duì)Cu 有活化作用，和圖3 中結(jié)果基本一致。

圖4 堆肥后重金屬生物有效性的主成分分析Figure 4 PCA of the bioavailability of heavy metals after composting

黏液和竹炭對(duì)重金屬有效性的作用機(jī)理主要包括吸附、螯合、絡(luò)合、離子交換和氧化還原反應(yīng)等。CHEN 等研究表明，在堆肥物料中由于竹炭對(duì)重金屬具有吸附作用會(huì)降低部分重金屬有效性，KEILUWEIT 等也表明生物炭因其豐富的表面官能團(tuán)和陽(yáng)離子交換容量，使生物炭吸附土壤中重金屬，降低土壤生態(tài)毒性。在本研究中，添加黏液和竹炭能顯著降低污泥中的一些重金屬有效性，但也會(huì)增加某些重金屬有效性，由黏液聯(lián)合竹炭堆肥與其理化性質(zhì)相關(guān)性分析可知（圖5），污泥中Zn、Pb 和Ni 有效性與pH 呈顯著負(fù)相關(guān)（0.05），各處理組pH 隨竹炭比例增加逐漸上升，Zn、Pb 和Ni 有效性不斷下降，隨著pH 增大，堆體堿性增強(qiáng)，增加了OM 官能團(tuán)脫質(zhì)子化，將更多負(fù)電荷暴露于堆肥體系并與重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，進(jìn)而污泥絡(luò)合能力逐漸增強(qiáng)，多數(shù)重金屬離子以沉淀形式存在，使其有效性下降；此外，Zn、Pb、Ni 有效性與OM、EC 呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.01），Cu有效性與OM、EC 呈顯著正相關(guān)（＜0.01）。隨著OM、EC 含量升高，Zn、Pb、Ni 有效性逐漸降低，Cu 有效性升高，這是由于黏液可以將污泥中細(xì)菌提升3.4～11 倍，加速了微生物礦化污泥和竹炭中的OM 為穩(wěn)定腐殖質(zhì)，使腐殖質(zhì)中大分子胡敏酸的結(jié)合位點(diǎn)與重金屬離子發(fā)生較強(qiáng)的絡(luò)合和配位反應(yīng)，降低Zn、Pb、Ni 遷移性和有效性，而蚯蚓黏液對(duì)基質(zhì)的礦化和腐殖化具有啟動(dòng)效應(yīng)，隨著竹炭比例增加，產(chǎn)生了更多易與Cu 結(jié)合的溶解性有機(jī)質(zhì)，活化和增強(qiáng)了Cu 流動(dòng)性，從而提高了其遷移能力和有效性。盡管重金屬有效性與堆肥理化性質(zhì)存在顯著關(guān)聯(lián)，但重金屬有效性與理化性質(zhì)的回歸方程進(jìn)一步表明（表3），EC 是影響堆肥Cu 有效性的主要因子，OM 是影響堆肥Zn、Pb、Ni 有效性的主要因子。

表3 重金屬有效態(tài)與理化性質(zhì)的回歸方程Table 3 Regression equation between the availability of heavy metals with physical and chemical properties of sludge

圖5 重金屬有效性與理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系Figure 5 Correlationships between the availability of heavy metals with physical and chemical properties of sludge

2.4 堆肥后污泥中重金屬形態(tài)變化

堆肥可以減輕污泥中重金屬的遷移性和生物有效性，其中重金屬遷移性和生物有效性很大程度上取決于其特定的化學(xué)形態(tài)。交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬易被植物吸收和轉(zhuǎn)化，其中碳酸鹽結(jié)合態(tài)更易受到污泥中pH 等因素的影響而釋放到環(huán)境中，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力弱于前兩種形態(tài)，有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬比較穩(wěn)定，其遷移能力隨有機(jī)質(zhì)變化，而殘?jiān)鼞B(tài)重金屬性質(zhì)最穩(wěn)定，遷移和轉(zhuǎn)化能力最低。

如圖6 所示，所有處理組中Pb、Ni、Zn 主要以殘?jiān)鼞B(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)形式存在，這兩種主要形態(tài)所占比例之和分別為68.05%～77.00%、60.99%～82.01%、56.47%～69.57%，Cu 主要以殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)形式存在，所占比例之和為74.30%～86.51%，Cd主要以交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)形式存在，所占比例之和為54.13%～66.28%，其中Pb、Ni、Cu 的交換態(tài)占比最低，而Zn 和Cu 的交換態(tài)占比較高。添加黏液后，污泥中Pb、Ni、Cu、Zn、Cd的交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)均向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，較CK 處理殘?jiān)鼞B(tài)分別增加了72.52%、61.81%、64.83%、120.19%、55.27%；隨著污泥中添加黏液和不同比例竹炭，Pb、Ni、Zn 交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)逐漸降低，殘?jiān)鼞B(tài)逐漸升高，當(dāng)竹炭添加量為8%時(shí)，殘?jiān)鼞B(tài)占比達(dá)到最大；而Cd、Cu 形態(tài)變化卻不同，其有機(jī)結(jié)合態(tài)逐漸向其他形態(tài)轉(zhuǎn)化，使其可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)逐漸升高，其有效性也隨之升高，而Cd有效性始終低于CK 處理。這表明隨著黏液和竹炭的添加，Pb、Ni、Zn 從不穩(wěn)定形態(tài)向穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)化，降低了其遷移轉(zhuǎn)化能力，而Cu變化趨勢(shì)相反，向活性較高形態(tài)轉(zhuǎn)化。

圖6 黏液和竹炭添加對(duì)污泥中重金屬形態(tài)的影響Figure 6 Chemical fractions of heavy metals in sludge amended with mucus and bamboo charcoal

本試驗(yàn)在污泥中僅添加黏液對(duì)重金屬影響顯著，可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，對(duì)重金屬處理效果較好，這可能是黏液中含有的蛋白質(zhì)、肽聚糖、脂肪酸和碳水化合物顯著提升了污泥中細(xì)菌豐富度，在封閉的堆肥系統(tǒng)中，建立“微生物-有機(jī)物”反應(yīng)途徑，加速了污泥的礦化和腐殖化，大量腐殖質(zhì)與重金屬離子通過(guò)絡(luò)合和氧化還原反應(yīng)形成穩(wěn)定金屬化合物。在污泥中添加黏液和一定比例竹炭后，重金屬Pb、Ni、Zn 的可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)占比較低，可能是由于黏液聯(lián)合竹炭提高了污泥pH，給堆肥營(yíng)造弱堿性環(huán)境，致使污泥表面膠體帶負(fù)電荷，OH濃度增加，增加對(duì)重金屬離子吸附性能，使重金屬以氫氧化物沉淀形式存在；也可能OM 降解產(chǎn)生的腐植酸含有羥基和羧基，與重金屬離子發(fā)生了吸附、絡(luò)合和氧化還原反應(yīng)，形成穩(wěn)定的復(fù)合物。而污泥中殘?jiān)鼞B(tài)重金屬比例顯著增加，NEUMANN 等研究解釋可能由于有效Si含量增加，硅酸根離子和重金屬離子形成極難溶的硅酸鹽沉淀。LIANG 等發(fā)現(xiàn)添加生物炭，Cd的交換態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)比例增加，同時(shí)隨著生物炭比例提高，殘?jiān)鼞B(tài)比例逐漸降低，這與本試驗(yàn)結(jié)果相似。污泥中添加黏液和竹炭后使得Cu的有機(jī)結(jié)合態(tài)向碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，這是因?yàn)镃u 在污泥中主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)形式存在，發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)物分解，所以有機(jī)結(jié)合態(tài)Cu比例下降，轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài)，因此黏液和竹炭堆肥對(duì)Cu 的固化效果并不理想；ZHENG 等發(fā)現(xiàn)污泥好氧堆肥后Ni 的交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)都有所降低，殘?jiān)鼞B(tài)比例升高，這是因?yàn)榍? 種形態(tài)與pH 呈負(fù)相關(guān)，殘?jiān)鼞B(tài)與pH 呈正相關(guān)，WONG 等也發(fā)現(xiàn)污泥與石灰混合堆肥Zn、Ni 有機(jī)結(jié)合態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)降低，這是因?yàn)樘砑觿┯行ё柚沽酥亟饘俚倪w移，增加了有機(jī)結(jié)合態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)向殘?jiān)鼞B(tài)的轉(zhuǎn)化。

3 結(jié)論

（1）蚯蚓黏液聯(lián)合竹炭能改善污泥弱酸性環(huán)境，提高有機(jī)質(zhì)（OM）和電導(dǎo)率（EC），卻造成營(yíng)養(yǎng)元素流失；當(dāng)黏液中竹炭添加量為2%時(shí)，污泥偏酸性和OM改善明顯，營(yíng)養(yǎng)元素流失較少，堆肥效果較好。

（2）黏液和竹炭的添加可顯著降低重金屬總量和Zn、Pb、Ni 有效性，提高Cu 有效性；通過(guò)相關(guān)、回歸和主成分分析發(fā)現(xiàn)，EC 和OM 分別是影響污泥中有效Cu 和有效Zn、Pb、Ni 的主要因子，而黏液+8%竹炭對(duì)降低污泥中重金屬有效性效果最為顯著，對(duì)Pb、Zn、Ni具有最佳的鈍化效果，對(duì)Cu具有一定的活化效果。

（3）黏液和竹炭的添加可改變重金屬形態(tài)。添加黏液時(shí)，污泥中重金屬交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)向穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化；隨著黏液中添加竹炭，Pb、Ni、Zn 的交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)也逐漸向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，而Cd 和Cu 的形態(tài)變化趨勢(shì)不同，Cd 的鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)逐漸向可交換態(tài)轉(zhuǎn)化，Cu 的有機(jī)結(jié)合態(tài)逐漸向殘?jiān)鼞B(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化。