污泥农用的重金属安全性试验研究

　　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。

　　由表1可以看出，与国内其他城市的污泥相比，桂林城市污水的污泥中砷含量偏高，而镉、铬、铜、镍、铅和锌都较低。与国外标准相比较，只有砷、铬含量偏高。根据《农用污泥污染物控制标准》GB 4248-84，桂林城市污水的污泥中各重金属的含量除锌略高外，其他重金含量均低于我国农用污泥酸性土壤最高容许含量，可以考虑用作农业肥料。
　 　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 污泥农用
　　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%

　　3 施用复合肥后农产品中的重金属含量
　　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。

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。

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

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

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

　　因此，施用污泥有机复合肥未造成稻谷中重金属元素含量的增加，污泥有机复合肥是安全的。
　　 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.