添加尾礦對城市污泥浸出毒性的影響研究

柏亞雄

（貴州師范大學地理與環境科學學院貴州貴陽550025）

添加尾礦對城市污泥浸出毒性的影響研究

柏亞雄

（貴州師范大學地理與環境科學學院貴州貴陽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。研究結果表明，城市污泥浸出液對玉米和小麥種子的萌發率、芽長均會產生抑制作用。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

隨著中國社會經濟和城市化的發展，城市污泥的產生及其數量在不斷增長。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境衛生的公害。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，減輕環境污染狀況，世界上許多國家都在大力發展污泥處理處置和資源化利用的各種技術，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生二次污染。

尾礦和城市污泥中都含有相應的重金屬，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生吸附、螯合等物理化學作用，從而降低城市污泥浸出液的毒性，提高城市污泥應用的安全性，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地，分別是山東省棗莊市和河南農科院種業有限公司。

1.2方法

1.2.1尾礦與城市污泥的預處理

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種子萌發實驗

對照組用蒸餾水進行培養，各處理組用尾礦浸出液和污泥浸出液進行培養。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，稀釋倍數為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，各處理組用尾礦浸出液和污泥浸出液進行培養。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，稀釋倍數為1（不稀釋），2，4倍。每組做2個平行實驗。

2　.結果和討論

2.1植物種子萌發試驗

2.1.1對種子萌發率的影響

表1　小麥種子和玉米種子在不同處理組下的發芽率

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芽率，小麥種子和玉米種子的發芽率在任一對應的處理組都不同，且都低于對照組（蒸餾水）的發芽率。在污泥浸出液未經稀釋時小麥種子和玉米種子的萌發率分別為80.00%和43.33%，都低于其它處理組的，且小麥的萌發率都要比玉米高。對于小麥來說，各浸出液隨稀釋倍數的增加萌發率也隨著增大。說明各處理組都對兩種植物種子的萌發有著抑制作用，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的增大而減小。未經處理的污泥浸出液對植物種子萌發的抑制作用最大，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元素，如氮、磷等，這兩類物質在植物的萌發過程中都發揮著作用。鹽通過滲透效應和離子效應降低環境水勢導致種子水分吸收率的降低，從而抑制發芽。

實驗得出，在72h時玉米種子萌發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后萌發率的變化幅度較小，在48h～72h時間段內萌發率為70%保持不變。說明各組浸出液在未經稀釋時對玉米種子的萌發均有抑制作用，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有一定的抑制作用。浸出液中含有毒物質，由此造成細胞新陳代謝的混亂，從而進一步影響種子萌發過程，使種子的萌發延滯或停止。

實驗得出，各處理組經過稀釋后玉米種子的萌發率的變化規律都有所改變，整個過程各處理組玉米種子萌發率交替上升，到72h時對照組的萌發率為100%，而尾礦：污泥組、污泥組和尾礦組的萌發率分別為83.33%、80%、76.67%。說明各處理組經稀釋后對玉米種子萌發影響都發生不同程度的改變。經稀釋后污泥組對玉米種子萌發的抑制作用有所減小，比尾礦組的還小。可能是浸出液對植物種子細胞內核的改變，影響到細胞周期、細胞分裂，有可能與基因轉錄相對減少、一些相關的合成酶減少或酶活性降低有關。

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，但營養物質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，營養物質能順利通過根到達芽。當污染物濃度高時，根尖細胞會出現失水萎縮，從而到達芽上的營養物質就隨之減少了，減緩了芽的生長。

2.2.2實驗結論

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后就開始產生變化，稀釋后污泥組的芽長仍最短。

隨著稀釋倍數的增加，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系，造成跟不能正常生長，即不能正常的輸送營養物質的原因可能是：

（1）浸出液中的重金屬進入植物體內后，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，從而延長了細胞的分裂周期，表現為幼根生長延緩；（3）根尖細胞處于高濃度污染環境，可導致細胞內外滲透壓失衡，使得細胞內物質外流，細胞質壁分離，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、細胞核內的改變、細胞分裂周期、細胞失水等，來對植物種子內細胞進行會對玉米和小麥種子的萌發率、芽長均產生抑制作用。而向污泥中添加尾礦，可以使污泥中重金屬發生吸附、螯合等物理化學作用，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。提高城市污泥應用的安全性，避免造成二次污染。

3　結語

經過對小麥和玉米種子的萌發率、芽長、根長的研究，可以得出以下結論：（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、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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［3］李子芳，劉惠芬，熊肖霞，等.鎘脅迫對小麥種子萌發幼苗生長及生理生化特性的影響［J］.農業環境科學學報，2005，24（S1）：17-20.

［4］萬濤，孫英杰，卞榮星.礦化垃圾浸出液對植物發芽與幼苗生長的影響研究［J］.青島理工大學學報.2014，35（2）：60-65.

柏亞雄（1992—），男，貴州黔南州人，本科，主要從事資源與環境研究。