柏亞雄

（貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院貴州貴陽550025）

添加尾礦對城市污泥浸出毒性的影響研究

柏亞雄

（貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院貴州貴陽550025）

選擇礦山尾礦（銅礦渣）和城市污泥為實驗材料，分別制備其浸出液，用以考察浸出液對小麥和玉米的毒性影響。通過對小麥種子和玉米種子的萌發(fā)率和芽長這2指標的檢測，研究添加尾礦對城市污泥浸出毒性的影響。研究結(jié)果表明，城市污泥浸出液對玉米和小麥種子的萌發(fā)率、芽長均會產(chǎn)生抑制作用。向污泥中添加尾礦可以降低城市污泥浸出液的毒性，提高城市污泥應(yīng)用的安全性，避免造成二次污染，使城市污泥資源利用的安全性進一步提高。

城市污泥；礦山尾礦；浸出毒性

隨著中國社會經(jīng)濟和城市化的發(fā)展，城市污泥的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷增長。大量堆積的污泥，不僅將占用大量的土地，而且其中的有害成分如重金屬、病原菌、寄生蟲卵、有機污染物及臭氣等將成為嚴重影響城市環(huán)境衛(wèi)生的公害。目前污泥處置的主要方式有填埋、投海、焚燒和土地利用，這些方法都能容納大量的污泥，是污泥處置的有效途徑，但其中也存在諸多問題。為了充分利用污泥，減輕環(huán)境污染狀況，世界上許多國家都在大力發(fā)展污泥處理處置和資源化利用的各種技術(shù)，城市污泥在一定條件下可以進行資源化利用，但在利用時污泥的浸出液可能會產(chǎn)生二次污染。

尾礦和城市污泥中都含有相應(yīng)的重金屬，浸出液也具有毒性。通過向城市污泥中添加尾礦，將二者按一定比例進行混合，浸出液中的重金屬離子可能會與尾礦發(fā)生吸附、螯合等物理化學(xué)作用，從而降低城市污泥浸出液的毒性，提高城市污泥應(yīng)用的安全性，避免造成二次污染，因此開展此實驗研究。

1　.材料與方法

1.1實驗材料

1.1.1實驗材料

尾礦購自鞏義市元亨凈水材料廠，城市污泥采于貴陽市某污水處理廠，植物種子小麥和玉米的產(chǎn)地，分別是山東省棗莊市和河南農(nóng)科院種業(yè)有限公司。

1.2方法

1.2.1尾礦與城市污泥的預(yù)處理

將污泥和尾礦自然風干，分揀出石粒、塑料袋等粒徑較大的無機成分，之后將污泥與礦渣研磨過1m m篩，篩下物即為制備浸出液的尾礦和城市污泥。

1.2.2尾礦、城市污泥浸出液的制備

實驗中尾礦與城市污泥的浸出液參照《固體廢物浸出毒性浸出方法——水平震蕩法》（HJ57—2009）制備。

1.2.3種子萌發(fā)實驗

對照組用蒸餾水進行培養(yǎng)，各處理組用尾礦浸出液和污泥浸出液進行培養(yǎng)。不同處理組分別用尾礦浸出液、污泥浸出液、尾礦：污泥（1：1混合）浸出液進行稀釋培養(yǎng)，稀釋倍數(shù)為1（不稀釋），2，4倍。每組做2個平行實驗。

1.2.4植物幼苗生長試驗

對照組用蒸餾水進行培養(yǎng)，各處理組用尾礦浸出液和污泥浸出液進行培養(yǎng)。不同處理組分別用尾礦浸出液、污泥浸出液、尾礦：污泥（1：1混合）浸出液進行稀釋培養(yǎng)，稀釋倍數(shù)為1（不稀釋），2，4倍。每組做2個平行實驗。

2　.結(jié)果和討論

2.1植物種子萌發(fā)試驗

2.1.1對種子萌發(fā)率的影響

表1　小麥種子和玉米種子在不同處理組下的發(fā)芽率

從表1中可以看出，小麥種子和玉米種子在不同浸出液處理組的最終發(fā)芽率，小麥種子和玉米種子的發(fā)芽率在任一對應(yīng)的處理組都不同，且都低于對照組（蒸餾水）的發(fā)芽率。在污泥浸出液未經(jīng)稀釋時小麥種子和玉米種子的萌發(fā)率分別為80.00%和43.33%，都低于其它處理組的，且小麥的萌發(fā)率都要比玉米高。對于小麥來說，各浸出液隨稀釋倍數(shù)的增加萌發(fā)率也隨著增大。說明各處理組都對兩種植物種子的萌發(fā)有著抑制作用，且兩種種子抑制程度不同，浸出液對玉米種子萌發(fā)的影響大于小麥種子。小麥種子在各浸出液中受抑制作用的影響隨稀釋倍數(shù)的增大而減小。未經(jīng)處理的污泥浸出液對植物種子萌發(fā)的抑制作用最大，即其毒性最強。

城市污泥浸出液含有對植物種子起毒性作用的高濃度的COD、鹽分和一些植物生長所必需的營養(yǎng)元素，如氮、磷等，這兩類物質(zhì)在植物的萌發(fā)過程中都發(fā)揮著作用。鹽通過滲透效應(yīng)和離子效應(yīng)降低環(huán)境水勢導(dǎo)致種子水分吸收率的降低，從而抑制發(fā)芽。

實驗得出，在72h時玉米種子萌發(fā)率由高到底依次為對照組100%、尾礦組80%、尾礦：污泥組70%、污泥組43.33%。尾礦：污泥組在36h后萌發(fā)率的變化幅度較小，在48h～72h時間段內(nèi)萌發(fā)率為70%保持不變。說明各組浸出液在未經(jīng)稀釋時對玉米種子的萌發(fā)均有抑制作用，污泥浸出液抑制作用最明顯。在尾礦：污泥的浸出液對玉米種子萌發(fā)的抑制作用周期較短且效果明顯。

這可能是污泥中重金屬、高的鹽分以及其它的有害污染物對玉米種子的萌發(fā)有一定的抑制作用。浸出液中含有毒物質(zhì)，由此造成細胞新陳代謝的混亂，從而進一步影響種子萌發(fā)過程，使種子的萌發(fā)延滯或停止。

實驗得出，各處理組經(jīng)過稀釋后玉米種子的萌發(fā)率的變化規(guī)律都有所改變，整個過程各處理組玉米種子萌發(fā)率交替上升，到72h時對照組的萌發(fā)率為100%，而尾礦：污泥組、污泥組和尾礦組的萌發(fā)率分別為83.33%、80%、76.67%。說明各處理組經(jīng)稀釋后對玉米種子萌發(fā)影響都發(fā)生不同程度的改變。經(jīng)稀釋后污泥組對玉米種子萌發(fā)的抑制作用有所減小，比尾礦組的還小?？赡苁墙鲆簩χ参锓N子細胞內(nèi)核的改變，影響到細胞周期、細胞分裂，有可能與基因轉(zhuǎn)錄相對減少、一些相關(guān)的合成酶減少或酶活性降低有關(guān)。

2.2植物幼苗生長試驗

2.2.1對芽長的影響

實驗得出，在36h前各處理組小麥芽長上升的趨勢很相近，各組芽長差距并不大。36h后各組芽長的差距就拉開了，到72h時各組的芽長由高到低為對照組4.02cm、尾礦組3.41cm、尾礦：污泥組為2.90cm、污泥組2.11cm。說明在36h前各處理組對小麥的芽影響并不大，而到36h后各組的影響就開始明顯起來，到最后仍然是污泥組的影響最大。

芽雖然位于浸出液上方，沒有直接接觸浸出液受到污染物的毒害作用，但營養(yǎng)物質(zhì)則通過根的運輸作用到達芽。當污染物濃度低時，根尖細胞不會受到損害，營養(yǎng)物質(zhì)能順利通過根到達芽。當污染物濃度高時，根尖細胞會出現(xiàn)失水萎縮，從而到達芽上的營養(yǎng)物質(zhì)就隨之減少了，減緩了芽的生長。

2.2.2實驗結(jié)論

實驗得出，在48h前各處理組小麥芽長變化趨勢幾乎一致，48h后就發(fā)生改變了。最終在72h時小麥芽長由高到底為對照組4.02cm、尾礦組3.73cm、尾礦：污泥組3.33cm、污泥組3.20cm。說明各處理組對小麥芽長在48h前影響相似，48h后就開始產(chǎn)生變化，稀釋后污泥組的芽長仍最短。

隨著稀釋倍數(shù)的增加，浸出液的毒性也隨著減弱，對植物生長的影響也就越來越小。隨著稀釋倍數(shù)的增加，浸出液的毒性也隨著減弱，對植物生長的影響也就越來越小。植物的生長所需的營養(yǎng)是直接由根部輸送，因此植物的芽是否正常生長與根有直接的聯(lián)系，造成跟不能正常生長，即不能正常的輸送營養(yǎng)物質(zhì)的原因可能是：

（1）浸出液中的重金屬進入植物體內(nèi)后，大部分累積在根的生長部位，主要對染色體和細胞核仁造成破壞，隨著重金屬濃度的增加，對染色體和核仁的破壞加劇，從而導(dǎo)致了小麥根生長受到抑制；（2）可能是由于污染物進入根尖分生區(qū)細胞，干擾了細胞核的正常有絲分裂，阻滯細胞由間期進入分裂狀態(tài)，從而延長了細胞的分裂周期，表現(xiàn)為幼根生長延緩；（3）根尖細胞處于高濃度污染環(huán)境，可導(dǎo)致細胞內(nèi)外滲透壓失衡，使得細胞內(nèi)物質(zhì)外流，細胞質(zhì)壁分離，從而造成根尖細胞損傷，延緩了幼根生長。

城市污泥主要通過浸出液中含有的污染物影響對植物種子細胞的新陳代謝、細胞核內(nèi)的改變、細胞分裂周期、細胞失水等，來對植物種子內(nèi)細胞進行會對玉米和小麥種子的萌發(fā)率、芽長均產(chǎn)生抑制作用。而向污泥中添加尾礦，可以使污泥中重金屬發(fā)生吸附、螯合等物理化學(xué)作用，可以減小重金屬對植物細胞的影響，最終達到減弱污泥毒性的目的。提高城市污泥應(yīng)用的安全性，避免造成二次污染。

3　結(jié)語

經(jīng)過對小麥和玉米種子的萌發(fā)率、芽長、根長的研究，可以得出以下結(jié)論：（1）污泥浸出液、尾礦浸出液對小麥種子和玉米種子的萌發(fā)有著抑制作用，污泥浸出液的抑制作用最強，即毒性最大；（2）尾礦：污泥的浸出液對兩種種子萌發(fā)、芽的生長、根的生長的抑制作用都低于污泥浸出液，即向污泥中添加尾礦可以減少污泥的毒性；（3）不同植物對同一濃度的浸出液毒性的敏感程度也是不同的。

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柏亞雄（1992—），男，貴州黔南州人，本科，主要從事資源與環(huán)境研究。