尽管城市污水的污泥处置方法有多种，但对我国这样一个发展中国家而言，综合利用尤其是农业利用无疑是较好的选择［1、2］。与此同时，污泥农用也存在着二次污染的可能性，这主要源于污泥中含有一定量的重金属和病毒、病原体、寄生虫卵等有害物质。研究表明，选用合适的堆肥方法既可杀灭污泥中致病微生物和寄生虫卵，又不会破坏污泥中的植物养分，但重金属含量较高的污泥施于农田，会集中于植物体，并通过食物链与生物链的传递对人类产生毒害作用。为此，系统研究了桂林城市污水厂污泥的重金属特征，以确定其农用安全性。
1 污泥中的重金属成分
1.1 污泥中重金属含量
桂林城市污水的污泥重金属含量见表1。
表1 国内外部分城市污水的污泥重金属含量 mg/kg
|
元素
|
As
|
Cd
|
Cr
|
Cu
|
Ni
|
Pb
|
Zn
|
备注
|
|
桂林市
|
37
|
0.9
|
594
|
154
|
98
|
199
|
506
|
|
|
天津纪庄子
|
10
|
3
|
728
|
336
|
|
669
|
1 095
|
文献[5]
|
|
广州大坦沙
|
|
|
1550
|
2200
|
462
|
245
|
1 790
|
文献[6］
|
|
中国农用标准
|
75
75 |
5
20 |
600
1000 |
250
500 |
100
200 |
300
1000 |
500
1000 |
酸性土壤pH＜6.5
中性和碱性土壤pH≥6.5 |
|
瑞典污泥
|
|
5～15
|
50～200
|
500～1500
|
25～1000
|
100～300
|
1 000～3 000
|
文献[4]
|
|
加拿大标准
|
10
|
20
|
1000
|
500
|
500
|
200
|
2 000
|
|
|
德国
|
|
10
|
900
|
800
|
200
|
900
|
2 500
|
文献[7］
|
| 注 桂林市数据为4个样品的平均值，中国农用标准为《农用污泥污染物控制标准》GB4284-84。 |
1.2 污泥中重金属的活动性
污泥中重金属的毒害性除与含量高低有关外，还取决于其存在形式。EDTA(乙二胺四乙酸)是一种弱有机酸，可提取土壤中有机和无机络合物交换点上的金属，还可释放水溶态物质中的金属，而不破坏硅酸盐矿物晶格中的金属，因此EDTA溶液的提取量可代表植物的可吸收量。由EDTA溶液对桂林市污泥的试验结果(表2)可以看出，各种金属的提取率在23%～60%，即当污泥施于农田时23%～60%的重金属可被植物吸收。
表2 桂林市污泥重金属提取试验结果
|
元素
|
As
|
Cd
|
Cr
|
Cu
|
Pb
|
Zn
|
|
污泥原样(mg/kg干污泥)
|
29
|
1.3
|
450
|
137
|
63
|
515
|
|
提取后残渣(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值为9.0，浓度为0.1 mol/L。 |
2.1 研制有机复合肥
根据广西土壤条件的水稻种植经验，结合桂林市污泥的特点，以桂林市污泥为基质，适当添加尿素、过磷酸钙和生物钾肥研制成有机复合肥，其肥分约为(以重量计)：N占11%，P2O5占4%，K2O占5%，外观呈黑褐色。
2.2 有机复合肥在早稻上的应用试验
为检验所制复合肥的肥效，于1999年4月8日—7月6日在桂林市农业科学研究所的稻田进行了试验。
2.2.1 试验肥料
① A：污泥有机复合肥，含氮、磷、钾分别为11%、4%和5%。
② B：污泥有机复合肥，含氮、磷、钾分别为10.7%、3.6%和4.7%。
③ C：市售四川新都产华丰牌高效三元复合肥，含氮、磷、钾分别为13%、5%和7%。
④ D：不施肥。
2.2.2 试验设计
试验水稻品种为金23保持系，生育期99d，采用随机区组设计，4个水平，3个区组。第一组A、B、C施用量均为25kg/亩(667m2)；第二组A、B、C施用量均为40kg/亩(667m2)；第三组A、B、C施用量均为55kg/亩(667m2)；D均为对照，不施肥。共有12个小区，每个小区面积为13m2。试验肥料均作为底肥一次性施入，每个小区设置田埂作为隔离，施肥后耙平耙均，以后各项技术措施(追肥、病虫防治、排灌等)均相同。
2.2.3 试验结果
① 从禾苗长势看，施用有机复合肥A和B的各小区均明显好于对照区，与施用华丰牌的各小区无明显区别。
② 从干粒重和有效分孽看来，施用复合肥的各小区差异不明显，但均好于对照区，施用复合肥的各小区结实率无显著差异，均高于对照区。
③ 施用有机复合肥A、B分别比对照区组增产19%和18%，均比华丰牌复合肥的增产效果(13%)高(表3)。
表3 不同处理的水稻产量
|
处理
|
区组
|
小区平均
产量(kg)
|
平均亩产量
(kg)
|
比对照
组增产
|
||
|
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%
|
系统采集各种早稻稻谷及稻茎样品，测定重金属含量以检验施用污泥有机复合肥后稻谷的安全性。由表4可知，不同稻谷中重金属元素的平均含量大致相同，砷、镉的含量均符合国家标准。
由表5可知，施用不同肥料的稻茎中砷含量一般在检出限以下；镉、铬、铜、镍、铅、锌元素在不同稻茎中的平均含量基本相同。
对不同稻谷、稻茎中重金属元素含量进行的方差分析见表6和表7。数据表明：①对稻谷来说，各种肥料间F值在0.86～1.50，均小于临界值4.76，说明施用不同肥料的稻谷重金属含量差异不显著。而区组间F值在0.06～1.02，均小于临界值5.14，说明区组间稻谷重金属含量差异不显著，取样、分析误差小。②对稻茎而言，各种肥料间F值在0.08～4.46，均小于临界值4.76，说明施用不同肥料对稻茎重金属含量影响不显著。而区组间F值在0.10～1.98，均小于临界值5.14，说明区组间稻茎重金属含量差异不显著，取样、分析误差小。
表4 早稻稻谷中重金属元素含量 mg/kg
|
样号
|
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
|
|
国家标准
|
0.7
|
0.2
|
|
|
|
|
|
| 注 1 国家标准值依据《食品中镉允许量标准》GB38—84和《食品卫生标准》GB 2715—81。 2 A、B、C、D后的1、2、3分别表示不同的施肥量：25、40、55kg，下表同。 3 表中数据为中南工业大学重点实验室测定，分析方法均为等离子-原子发射光谱法，“-”表示含量＜0.05。 |
表5 早稻稻茎中重金属元素含量 mg/kg
|
样号
|
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 稻谷重金属含量方差分析F检验值
|
项目
|
Cd
|
Cr
|
Cu
|
Ni
|
Pb
|
Zn
|
临界值
|
|
肥料间 F值
|
1.14
|
0.93
|
1.50
|
1.00
|
1.22
|
0.86
|
F0.05(3，6)＝4.76
|
|
区组间 F值
|
0.43
|
0.07
|
0.51
|
1.02
|
0.06
|
0.23
|
F0.05(2,6)＝5.14
|
表7 稻茎重金属含量方差分析F检验值
|
项目
|
Cd
|
Cr
|
Cu
|
Ni
|
Pb
|
Zn
|
临界值
|
|
肥料间 F值
|
0.08
|
0.42
|
0.81
|
0.19
|
2.03
|
4.46
|
F0.05(3，6)＝4.76
|
|
区组间 F值
|
0.10
|
1.98
|
0.73
|
1.53
|
1.69
|
0.60
|
F0.05(2,6)＝5.14
|
4 结论
① 对桂林市4个污水厂污泥的系统测定表明，污泥中有机质、氮、磷和钾等有益成分含量较高。而重金属等含量较低，基本符合国家有关污泥农用标准。
② 田间试验表明，有机复合肥肥效好，水稻施用有机复合肥后增产18%～19%，肥效略优于市售的华丰牌复合肥。
③ 对施用污泥有机复合肥的稻谷进行的测试表明，其中的重金属含量与施用其他肥料的稻谷无明显差别。
④ 由于污泥中仍有23%～60%的重金属有可能被植物吸收，而重金属又有逐渐累积的特点，因此长期使用污泥肥料需进行必要的监测。
参考文献：
［1］王敦球，解庆林，李金城，等.城市污水污泥农用资源化研究［J］.重庆环境科学，1999，21(6)：50-52.
［2］韦朝海，陈传好.污泥处理、处置与利用的研究现状分析［J］.城市环境与城市生态，1998，11(4)：10-13.
［3］国家环境保护局.水污染防治及城市污水资源化技术［M］.北京：科学出版社，1997.
［4］吴启堂，林毅，曾海思.城市污泥作复合肥粘结剂的研究［J］.中国给水排水，1992，8(4)：20-22.
［5］姚刚.德国的污泥利用与处置［J］.城市环境与城市生态，2000，13(1)：43-47.
