農用污泥中重金屬元素對環(huán)境的影響及對策

梁霜霜，錢 霞，丁 潔

(1.浙江澤越環(huán)保科技有限公司，浙江 寧波 315200；2.寧波環(huán)宏生態(tài)環(huán)境科技有限公司，浙江 寧波 315000)

在農用污泥中，包含很多不同重金屬元素，會在不同程度上對環(huán)境造成影響。因此需要做好農用污泥中重金屬元素對環(huán)境的影響分析工作。了解具體情況后，給出相應解決措施，盡量減少重金屬的出現(xiàn)以及對環(huán)境的影響。保證可以創(chuàng)造更好社會環(huán)境，從而推動我國可持續(xù)發(fā)展，并增強我國商品在國際市場中的競爭地位。

1 城市污泥分析

城市污泥通常情況下主要是指在污水處理過程中形成的固體產物。通過相關資料分析可以了解到，美國年產生的污泥總量為1000萬t，歐洲各個國家總計污泥年產量為660萬t，日本污泥年總產量為240萬t。隨著我國城市化進程的不斷推進，全國范圍內廢水總量已經達到125萬m3/d。污泥是污水處理廠中的重要產物，需要有效對其進行處理，從而盡量避免對環(huán)境造成的影響。在當前污水處理中，污泥一般會采用三種不同方式，即污泥焚燒方式、填埋方式、農田利用方式等。因為擔心在污泥中會含有毒性病原體，對人類身體健康造成威脅，許多西方國家開始出臺法律法規(guī)對污泥的農田利用情況進行全面限制。污泥填埋需要花費很多成本，因此，在實際污泥處理中開始逐漸朝著焚燒發(fā)電方向發(fā)展。然而污泥農田利用可以實現(xiàn)對污泥中植物營養(yǎng)的有效回收利用，尤其是污泥中的N元素與P元素，對于植物的生長能夠起到良好促進作用。

一般而言，城市污泥中的污染物，主要會被分為無機元素(金屬、微量元素)、有機元素(表面活性劑、PCBs等)、毒性病原體(細菌、病毒等)。本文主要分析農用污泥中的重金屬元素對環(huán)境造成的影響，為結合實際情況，給出針對性解決措施，實現(xiàn)人類與環(huán)境的和諧發(fā)展。

2 農用污泥中重金屬元素的環(huán)境影響分析

城市廢水主要來源于三方面，分別是生活廢水、工商業(yè)廢水、市區(qū)地表河流排放等。在廢水中往往會有大量重金屬元素存在，尤其是在發(fā)達城市，以及工業(yè)化城市的污泥中的有毒性重金屬含量更高。在具體農用污泥期間，可能會出現(xiàn)大量積累情況，從而進入到生物鏈中，影響生態(tài)環(huán)境與人類健康[1]。如果沒有經過有效的安全處理，會對人類健康產生嚴重威脅。限制污泥農用的一個重要因素是，污泥中的重金屬具有難遷移、易富集、危害大等特點。當前在很多污泥重金屬研究中，往往將具體研究集中在Pb、Zn、Cd等元素上，在不同國家以及不同城市中，污泥重金屬含量范圍變化都相對較大。

例如，埃及主要以灌溉農業(yè)為主，因此，城市中污泥重金屬含量較低；在1980年以前，污泥重金屬含量只有0.5%～2%，最多時也只到6%。而美國以及歐洲很多城市，近年來污泥中重金屬含量不斷下降，主要是受到國家相關法律法規(guī)，以及國家與污水處理廠達成的相關協(xié)議有關，能夠實現(xiàn)對重金屬含量的有效控制。

重金屬在污泥中的運轉、生態(tài)毒性，以及生物有效性等，會受到陽離子交換量、有機質含量、土壤pH等影響。在土壤pH不斷增加背景下，土壤對于重金屬也有著較強的吸附能力，在這一過程中需要注意，土壤有機質形態(tài)會對重金屬生物有效性產生直接影響。有機質通常會被分為兩種類型，一種是可溶類型，另一種是不可溶類型[2]。可溶性有機質對于土壤中作物對有機質的吸收起到一定阻礙作用，促使重金屬離子吸附在有機質表面，這樣重金屬生物有效性會被降低。可溶性有機質組分，可以利用形成重金屬、有機質互溶組分方式，促使重金屬在土壤中的活性能夠得到全面提升。在這一過程中，采取分級提取方式，使得重金屬能夠被分為不同組分。比如，鐵錳氧化物結合態(tài)、有機結合態(tài)、殘余態(tài)等。可交換態(tài)重金屬很容易被作物吸收，具有含量低特點、生物有效性大特點等。碳酸鹽巖態(tài)在酸性條件下容易被分解釋放，影響作物有效性。鐵錳氧化物結合態(tài)在氧化還原電位過程中，很容易被釋放出來。總之，對于農用污泥中重金屬元素對環(huán)境產生的影響，需要有關部門以及相關工作人員能夠給予更多重視與關注，結合實際情況給出相應解決措施，實現(xiàn)對問題的更好解決(圖1)。

圖1 農用污泥中含重金屬元素的環(huán)境

3 農用污泥中重金屬元素去除措施

3.1 采用化學去除方式

對于農用污泥中的重金屬元素去除，可以采用化學去除方式。化學去除方式是采用先溶解后淋濾方式，促使污泥氧化還原電解位得以提升，從而減少pH影響，將重金屬從原本的不可溶態(tài)，轉化為可溶態(tài)。在污泥中可以加入有機酸與無機酸，將污泥pH控制在有效范圍內，實現(xiàn)重金屬與污泥之間的相互融合[3]。Cu、Pb、Hg 等元素通常情況下會出現(xiàn)在生物絮凝體以及顆粒態(tài)組分中，因此，實際去除率相對較低。在不同pH、污泥固體濃度以及酸化時間條件下，對重金屬實際去除效果進行對比，在pH在1.5～2之間時，可以達到最佳去除率。除Cr元素外，其他重金屬元素的去除率都能夠在60%以上，甚至去除率可以達到100%。在熱硫酸條件下， Cd、Zn元素的處理效果相較于Ni、Cr、Cu而言更好。從不同有機酸與無機酸處理效果分析中可以了解到，在使用硝酸、硝酸以及檸檬酸等對重金屬進行去除過程中，當污泥pH在3～4之間，可以使用檸檬酸去除方式，草酸的去除方式效果最差。如果pH在3以下，可以使用硝酸去除方式與鹽酸去除方式等，可以對重金屬達到良好去效果。除此之外，還可以使用絡合劑，實現(xiàn)對重金屬的固定，使得重金屬生物活性被降低，EDTA以及NTA是經常使用的絡合劑。除了可以使用化學藥劑固定重金屬，還可以使用鐵錳氧化物、磷酸鹽等實現(xiàn)對重金屬的固定。

3.2 采用微生物去除方式

在使用微生物去除方式去除污泥中重金屬過程中，經常使用的物質有氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌，將此類嗜酸性硫桿菌的生物氧化作用全部發(fā)揮出來，實現(xiàn)對污泥pH的有效控制，促使污泥中吸附狀態(tài)重金屬離子、化合狀態(tài)重金屬離子都能夠轉移到液相中。接著對污泥進行脫水，這樣可以實現(xiàn)對污泥中重金屬的去除。微生物去除方式價格成本較低，而且見效相對較快，已經受到更多人的重視與關注[4]。微生物處理效果會受到不同因素影響，比如，接種基質種類影響、基質中營養(yǎng)成分配比影響、pH影響等。微生物處理方式可以實現(xiàn)對污泥中重金屬物質的有效去除， 對于Pb、Cr等元素的去除率較低，一般在50%以下，而 Cu、Zn、Cd等重金屬物質的去除率在50%以上，甚至可以達到90%以上。

3.3 采用電動力去除方式

電動修復方式的主要原理是將電極對插入到污染土壤中，并將直流電施加到電極對上形成直流電場，土壤中的污染物質在電場作用影響下，會通過電遷移、電滲流、電泳等方式，直接被帶到電極兩端位置，促使達到土壤清潔效果。電動修復技術能夠實現(xiàn)對地滲透性土壤的有效處理，并且不需要向其中添加某些物質。重金屬分布形式、活性等因素，會對電動修復效果產生直接影響[5]。我國電動修復方式處于剛剛起步階段。在未來發(fā)展中，針對電動修復技術可以加大研究力度，促進重金屬物質去除可以達到更好效果。為促使電動力去除方式，可以在污泥重金屬物質去除達到更好效果。在具體去除中要注意以下幾點問題：

1)污泥中的重金屬會被分為很多不同形態(tài)，比如，可交換形態(tài)、鐵錳結合形態(tài)、殘渣形態(tài)等。電動修復技術在應用過程中，可以利用酸化、絡合作用方式等，將重金屬從穩(wěn)定態(tài)轉化為非穩(wěn)定態(tài)[6]。重金屬去除效果還會受到電解時間影響，在電解時間不斷延長背景下，剩余污泥中重金屬去除率將會得到提升。然而電解時間越長，對于電能的消耗也就越多，電極腐蝕情況也就更加嚴重。在這一過程中，需要對電力消耗、電極壽命等因素進行全面考慮與分析。有研究表明，選擇 12 h 的電解時間,對于重金屬去除率可以達到較好效果，剩余污泥中的重金屬含量也符合相應標準[7]。

2)介質pH會對污泥中不同重金屬元素的賦存形態(tài)產生直接影響。很多研究者會通過酸堿中和方式、添加緩沖劑方式等，實現(xiàn)對污泥中pH的有效控制。但是該種處理方式需要消耗大量有毒試劑，且此類有毒試劑無法實現(xiàn)回收。因此，利用電化學方式實現(xiàn)對pH的有效控制，是一種更加安全、環(huán)保的處理方式。介質pH會對溶液中離子吸附、解吸等進行全面控制，酸性介質會影響電滲速度。在此背景下，需要實現(xiàn)對pH的控制，這也是電動去處方式中的一項重點內容[8]。

4 結語

綜上所述，農用污泥中重金屬元素去除，是當前我國城市發(fā)展中面臨的一個重要問題。針對這一問題，需要國家、城市有關部門能夠給予更多關注，采用不同方式，實現(xiàn)對重金屬元素的有效控制，為社會環(huán)境的更好發(fā)展打下良好基礎。