污泥农用后土壤中重金属形态的转化
李梦红1, 3,黄现民2,诸葛玉平3*
1. 山东理工大学资源与环境工程学院,山东 淄博 255049;2. 山东省农业环境监测站,山东 济南 250100;
3. 山东农业大学资源与环境学院,山东 泰安 271018
摘要:污泥农用后,土壤中重金属的形态会发生转化.用土柱模拟实际土壤,采用棕壤和褐土两种土壤类型,分别施入生活污泥和工业污泥.混合后,对土柱进行淋洗,经过7次淋洗后,测定土柱中0~10 cm均匀混合层中重金属各形态的含量,然后再与污泥和土壤混合后重金属形态不发生变化时重金属的总量相比较,得出污泥农用后土壤中重金属形态的转化规律.结果表明:Cu主要向碳酸盐结合态和残渣态转化,Pb向铁锰氧化物结合态转化,Zn向碳酸盐结合态转化.
关键词:污泥农用;土壤;重金属形态;转化
中图分类号:X131.3 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2008)04-1498-05污泥农用是污泥处置的一个有效方法,它可以充分利用资源[1-2].但污泥中含有大量的盐分和重金属,在农业利用的同时,重金属的形态也发生了变化[3].这种转化不仅与污泥中重金属的总量有关,更大程度上取决于其存在的形态.用连续提取法[4]将金属分为五种形态:交换离子态(EXCH),碳酸盐结合态(CARB),铁锰氧化物结合态(FeMnOX),有机结合态(OM)和残渣态(RESD).本试验用褐土和棕壤两种土壤类型,分别施入工业污泥和生活污泥,在污泥和土壤混合后,经过实验条件的变化和作用,计算0~10 cm土柱处,土壤与污泥均匀混合层中转化后的重金属含量,然后再与污泥和土壤混合后重金属形态不发生变化时各形态重金属的总量相比较,从而得出污泥施入土壤后重金属各形态之间的转化规律.
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 供试土壤
供试土壤为山东省两大主要土壤类型棕壤和褐土.棕壤为粉砂性棕壤,采自泰安市郊区,褐土采自山东费县.所采土样经过风干,混匀,磨细,过2 mm筛.土壤中Cu,Pb,Zn用原子吸收分光光度法测定.
1.1.2 供试污泥
供试污泥样品分别采自泰安污水处理厂和淄博污水处理厂的消化风干污泥.泰安污水处理厂主要是生活污水(占90%以上),淄博污水处理厂则以工业污水为主(占85%以上),污泥样品同样经过风干,混匀,磨细,过2 mm筛.
1.2 试验方法
选用30 cm长的PVC管,管的直径为4.6 cm,管的底部用细密的尼龙网封口.实验以112.5 t/hm2的用量在模拟土柱中施用污泥,每管中装土20 cm,上部的10 cm是土,污泥均匀混合土,土的上面盖一层滤纸.实验共设12个管柱(棕壤,褐土,棕壤+生活污泥,棕壤+工业污泥,褐土+生活污泥,褐土+工业污泥,每个处理重复一次),将管柱放到淋洗架上,分别用5种提取液依次淋洗,漏斗下面用玻璃瓶承接,经过35 d,共淋洗7次.淋洗结束后分0~10 cm和10~20 cm两段,用原子吸收分光光度法分别测定每次提取淋洗液中重金属的含量,由此可以看出施用污泥后重金属在土层中的迁移状况.
2 结果与讨论
2.1 铜的形态变化
2.1.1 棕壤中铜的形态转化
由图1可以看出,在棕壤上施用工业污泥后铜的形态发生了如下变化:碳酸盐结合态(CARB),铁锰氧化物结合态(FeMnOX)和残渣态(RESD)的铜相对含量增加,而交换离子态(EXCH)和有机结合态(OM)的相对含量下降,这说明部分交换离子态(EXCH)和有机结合态(OM)的Cu转化成了碳酸盐结合态(CARB),铁锰氧化物结合态(FeMnOX)和残渣态(RESD).由图2可以看出,施用生活污泥的处理和施工业污泥的处理具有相同的转化趋势,有机结合态(OM)的减少和残渣态(RESD)的增加更为显著.分析其原因:OM态的减少一方面是由于有机质的矿化而使有机质结合的铜释放出来而转化为其他形态,残渣态(RESD),碳酸盐结合态(CARB),铁锰氧化物结合态(FeMnOX)的增加可能就是由于这个原因[5];另一方面在淋洗过程中与溶解性有机碳(DOC)结合的Cu随淋洗液流出土柱.交换离子态(EXCH)铜的减少主要是由于转化成了其他更稳定的形态和随淋洗液淋失所致[6].

图1 棕壤中施用工业污泥铜的形态分布 图2 棕壤中施用生活污泥铜的形态分布
Fig.1 Distribution of Cu in brunisolic soil applied with industrial sludge Fig.2 Distrobution of Cu in brunisolic soil applied with life sludge

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