污泥干化蘆葦床系統(tǒng)中重金屬和腐殖質(zhì)的變化特征研究
污泥干化蘆葦床是20世紀(jì)80年代起源于歐洲的種新型處理處置污水剩余污泥的技術(shù)。其本質(zhì)是利用綠色植物來(lái)轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污泥中和水體中的污染物使其度環(huán)境以及人類無(wú)害。污泥干化蘆葦床技術(shù)具有投資和維護(hù)的成本低，操作簡(jiǎn)單，可通過(guò)收割植物避免二次污染，處理過(guò)程可與城市景觀結(jié)合增加城市綠化等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。
1重金屬的變化特征
不同城市剩余污泥中重金屬種類以及含量不同，重金屬在污泥中的存在形態(tài)主要有可交換的例子態(tài)，碳酸鹽結(jié)合態(tài)，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)等，因其污水來(lái)源、處理工藝和元素本身影響而不同。植物修復(fù)重金屬的途徑主要有植物的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，植物揮發(fā)和根系過(guò)濾作用。植物吸收是指植物根系吸收重金屬作為自身物質(zhì)進(jìn)入植物體內(nèi)，我們可通過(guò)收割植物達(dá)到回收重金屬目的，減少污泥重金屬濃度。植物揮發(fā)則是由于植物的吸收能使得某些重金屬轉(zhuǎn)化為揮發(fā)態(tài)，揮發(fā)出污泥表面。植物根系可分泌一些特殊物質(zhì)使得污泥中重金屬產(chǎn)生分解或螯合作用轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害的物質(zhì)從而減少對(duì)環(huán)境以及人類身心健康的危害。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地中的蘆葦植株在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生長(zhǎng)后植物體內(nèi)的重金屬含量有所增加，但仍低于污泥中重金屬含量。重金屬種類不同，植株出現(xiàn)選擇性吸收現(xiàn)象，各金屬吸收量不同，同一種類的重金在植株內(nèi)的分布不同。重金屬的種類和特性、污泥的PH值會(huì)影響去除率，例如酸性可以促進(jìn)重金屬的溶解和植物的吸收，達(dá)到更好的去除效果。植物根系的微生物種類和數(shù)量以及重金屬與其它重金屬相互作用從而影響去除效果。
2污泥中腐殖質(zhì)的變化特征
污泥中的氮主要是以氨氮和有機(jī)氮形式存在的。污泥中含有的大量微生物為有機(jī)氮的主要來(lái)源，無(wú)機(jī)氮主要是以氨態(tài)氮和硝態(tài)氮組成。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)的氮素空間變化不同，不同深度的污泥層氮的去除率不同。在泥沙層的中上部，氨態(tài)氮明顯高于硝態(tài)氮，而隨著污泥層的深度加深，氨態(tài)氮濃度呈下降趨勢(shì)，硝態(tài)氮呈上升趨勢(shì)。直至根系層，氨態(tài)氮濃度開(kāi)始緩慢上升，而硝態(tài)氮呈下降趨勢(shì)，且其下降率高于氨態(tài)氮上升率，這是由于在根系層由于蘆葦根系的放養(yǎng)作用使得硝化細(xì)菌能大量生長(zhǎng)，為硝化作用提供必需的氧環(huán)境。而亞硝態(tài)氮的濃度較低，呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)。對(duì)比上、中、下三層總氮的去除效果可發(fā)現(xiàn)上層總氮去除率略高于中、下兩層。這是由于蘆葦植物的根系屬向上生長(zhǎng)，可以吸收上層污泥中的氮素作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供自身生長(zhǎng)。污泥干化蘆葦床中總氮的去除率能達(dá)到65%左右。由此，可以歸結(jié)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轉(zhuǎn)化功能。
經(jīng)查閱大量文獻(xiàn)可知，目前關(guān)于利用植物修復(fù)技術(shù)降解污泥中磷的含量得道的結(jié)果因人而異，甚至出現(xiàn)不降反增的現(xiàn)象。此次研究發(fā)現(xiàn)總磷的去除率為12%，效果不是很明顯。植物修付系統(tǒng)中磷的去除機(jī)理主要有吸附沉淀以及植物的吸收轉(zhuǎn)化，而不同研究者產(chǎn)生差異結(jié)果則與各區(qū)域氣候條件、污泥特性等因素相關(guān)。腐殖質(zhì)是指已死的生物體在土壤中經(jīng)微生物分解而形成的有機(jī)物質(zhì)，其主要組成元素有碳、氫、氧、氮、磷等，是土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源，而且對(duì)土壤的物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)都有重要影響，是土壤肥力指標(biāo)之一。腐殖質(zhì)中的胡敏酸和富里酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值稱為污泥腐殖化指數(shù)，可以衡量腐殖質(zhì)的品質(zhì)優(yōu)劣。污泥干化蘆葦床系統(tǒng)中污泥腐殖化指數(shù)能達(dá)到0.912相比初進(jìn)泥的0.085提升速率較大，說(shuō)明在蘆葦干化床系統(tǒng)中污泥逐步趨于穩(wěn)定化，無(wú)害化。
3結(jié)論
污泥干化蘆葦床中植株對(duì)重金屬的吸收量明顯低于污泥中重金屬的量，去除效果有待提高。下一步可積極探索添加化學(xué)調(diào)制劑或者利用污泥中微生物的行進(jìn)修復(fù)。污泥中總氮的去除率達(dá)到65%，磷的去除率達(dá)到12%，雖然氮磷含量的減少預(yù)示著污泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺失，但是污泥腐殖化指數(shù)缺明顯增高說(shuō)明污泥在蘆葦干化床系統(tǒng)中逐漸穩(wěn)定，但仍含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是良好的肥料。
污泥中的重金屬會(huì)隨著實(shí)物鏈累積進(jìn)入人體，若不引起重視，是威脅人類健康的一大隱患。我們應(yīng)該積極探索污泥穩(wěn)定化過(guò)程中各個(gè)有害物質(zhì)的去除機(jī)制，篩選生長(zhǎng)速度較快、具有超富集能力的植株，尋找新型的復(fù)合型修復(fù)技術(shù)。
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