农用污泥中重金属元素对环境的影响及对策

梁霜霜，钱 霞，丁 洁

(1.浙江泽越环保科技有限公司，浙江 宁波 315200；2.宁波环宏生态环境科技有限公司，浙江 宁波 315000)

在农用污泥中，包含很多不同重金属元素，会在不同程度上对环境造成影响。因此需要做好农用污泥中重金属元素对环境的影响分析工作。了解具体情况后，给出相应解决措施，尽量减少重金属的出现以及对环境的影响。保证可以创造更好社会环境，从而推动我国可持续发展，并增强我国商品在国际市场中的竞争地位。

1 城市污泥分析

城市污泥通常情况下主要是指在污水处理过程中形成的固体产物。通过相关资料分析可以了解到，美国年产生的污泥总量为1000万t，欧洲各个国家总计污泥年产量为660万t，日本污泥年总产量为240万t。随着我国城市化进程的不断推进，全国范围内废水总量已经达到125万m3/d。污泥是污水处理厂中的重要产物，需要有效对其进行处理，从而尽量避免对环境造成的影响。在当前污水处理中，污泥一般会采用三种不同方式，即污泥焚烧方式、填埋方式、农田利用方式等。因为担心在污泥中会含有毒性病原体，对人类身体健康造成威胁，许多西方国家开始出台法律法规对污泥的农田利用情况进行全面限制。污泥填埋需要花费很多成本，因此，在实际污泥处理中开始逐渐朝着焚烧发电方向发展。然而污泥农田利用可以实现对污泥中植物营养的有效回收利用，尤其是污泥中的N元素与P元素，对于植物的生长能够起到良好促进作用。

一般而言，城市污泥中的污染物，主要会被分为无机元素(金属、微量元素)、有机元素(表面活性剂、PCBs等)、毒性病原体(细菌、病毒等)。本文主要分析农用污泥中的重金属元素对环境造成的影响，为结合实际情况，给出针对性解决措施，实现人类与环境的和谐发展。

2 农用污泥中重金属元素的环境影响分析

城市废水主要来源于三方面，分别是生活废水、工商业废水、市区地表河流排放等。在废水中往往会有大量重金属元素存在，尤其是在发达城市，以及工业化城市的污泥中的有毒性重金属含量更高。在具体农用污泥期间，可能会出现大量积累情况，从而进入到生物链中，影响生态环境与人类健康[1]。如果没有经过有效的安全处理，会对人类健康产生严重威胁。限制污泥农用的一个重要因素是，污泥中的重金属具有难迁移、易富集、危害大等特点。当前在很多污泥重金属研究中，往往将具体研究集中在Pb、Zn、Cd等元素上，在不同国家以及不同城市中，污泥重金属含量范围变化都相对较大。

例如，埃及主要以灌溉农业为主，因此，城市中污泥重金属含量较低；在1980年以前，污泥重金属含量只有0.5%～2%，最多时也只到6%。而美国以及欧洲很多城市，近年来污泥中重金属含量不断下降，主要是受到国家相关法律法规，以及国家与污水处理厂达成的相关协议有关，能够实现对重金属含量的有效控制。

重金属在污泥中的运转、生态毒性，以及生物有效性等，会受到阳离子交换量、有机质含量、土壤pH等影响。在土壤pH不断增加背景下，土壤对于重金属也有着较强的吸附能力，在这一过程中需要注意，土壤有机质形态会对重金属生物有效性产生直接影响。有机质通常会被分为两种类型，一种是可溶类型，另一种是不可溶类型[2]。可溶性有机质对于土壤中作物对有机质的吸收起到一定阻碍作用，促使重金属离子吸附在有机质表面，这样重金属生物有效性会被降低。可溶性有机质组分，可以利用形成重金属、有机质互溶组分方式，促使重金属在土壤中的活性能够得到全面提升。在这一过程中，采取分级提取方式，使得重金属能够被分为不同组分。比如，铁锰氧化物结合态、有机结合态、残余态等。可交换态重金属很容易被作物吸收，具有含量低特点、生物有效性大特点等。碳酸盐岩态在酸性条件下容易被分解释放，影响作物有效性。铁锰氧化物结合态在氧化还原电位过程中，很容易被释放出来。总之，对于农用污泥中重金属元素对环境产生的影响，需要有关部门以及相关工作人员能够给予更多重视与关注，结合实际情况给出相应解决措施，实现对问题的更好解决(图1)。

图1 农用污泥中含重金属元素的环境

3 农用污泥中重金属元素去除措施

3.1 采用化学去除方式

对于农用污泥中的重金属元素去除，可以采用化学去除方式。化学去除方式是采用先溶解后淋滤方式，促使污泥氧化还原电解位得以提升，从而减少pH影响，将重金属从原本的不可溶态，转化为可溶态。在污泥中可以加入有机酸与无机酸，将污泥pH控制在有效范围内，实现重金属与污泥之间的相互融合[3]。Cu、Pb、Hg 等元素通常情况下会出现在生物絮凝体以及颗粒态组分中，因此，实际去除率相对较低。在不同pH、污泥固体浓度以及酸化时间条件下，对重金属实际去除效果进行对比，在pH在1.5～2之间时，可以达到最佳去除率。除Cr元素外，其他重金属元素的去除率都能够在60%以上，甚至去除率可以达到100%。在热硫酸条件下， Cd、Zn元素的处理效果相较于Ni、Cr、Cu而言更好。从不同有机酸与无机酸处理效果分析中可以了解到，在使用硝酸、硝酸以及柠檬酸等对重金属进行去除过程中，当污泥pH在3～4之间，可以使用柠檬酸去除方式，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与盐酸去除方式等，可以对重金属达到良好去效果。除此之外，还可以使用络合剂，实现对重金属的固定，使得重金属生物活性被降低，EDTA以及NTA是经常使用的络合剂。除了可以使用化学药剂固定重金属，还可以使用铁锰氧化物、磷酸盐等实现对重金属的固定。

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属过程中，经常使用的物质有氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌，将此类嗜酸性硫杆菌的生物氧化作用全部发挥出来，实现对污泥pH的有效控制，促使污泥中吸附状态重金属离子、化合状态重金属离子都能够转移到液相中。接着对污泥进行脱水，这样可以实现对污泥中重金属的去除。微生物去除方式价格成本较低，而且见效相对较快，已经受到更多人的重视与关注[4]。微生物处理效果会受到不同因素影响，比如，接种基质种类影响、基质中营养成分配比影响、pH影响等。微生物处理方式可以实现对污泥中重金属物质的有效去除， 对于Pb、Cr等元素的去除率较低，一般在50%以下，而 Cu、Zn、Cd等重金属物质的去除率在50%以上，甚至可以达到90%以上。

3.3 采用电动力去除方式

电动修复方式的主要原理是将电极对插入到污染土壤中，并将直流电施加到电极对上形成直流电场，土壤中的污染物质在电场作用影响下，会通过电迁移、电渗流、电泳等方式，直接被带到电极两端位置，促使达到土壤清洁效果。电动修复技术能够实现对地渗透性土壤的有效处理，并且不需要向其中添加某些物质。重金属分布形式、活性等因素，会对电动修复效果产生直接影响[5]。我国电动修复方式处于刚刚起步阶段。在未来发展中，针对电动修复技术可以加大研究力度，促进重金属物质去除可以达到更好效果。为促使电动力去除方式，可以在污泥重金属物质去除达到更好效果。在具体去除中要注意以下几点问题：

1)污泥中的重金属会被分为很多不同形态，比如，可交换形态、铁锰结合形态、残渣形态等。电动修复技术在应用过程中，可以利用酸化、络合作用方式等，将重金属从稳定态转化为非稳定态[6]。重金属去除效果还会受到电解时间影响，在电解时间不断延长背景下，剩余污泥中重金属去除率将会得到提升。然而电解时间越长，对于电能的消耗也就越多，电极腐蚀情况也就更加严重。在这一过程中，需要对电力消耗、电极寿命等因素进行全面考虑与分析。有研究表明，选择 12 h 的电解时间,对于重金属去除率可以达到较好效果，剩余污泥中的重金属含量也符合相应标准[7]。

2)介质pH会对污泥中不同重金属元素的赋存形态产生直接影响。很多研究者会通过酸碱中和方式、添加缓冲剂方式等，实现对污泥中pH的有效控制。但是该种处理方式需要消耗大量有毒试剂，且此类有毒试剂无法实现回收。因此，利用电化学方式实现对pH的有效控制，是一种更加安全、环保的处理方式。介质pH会对溶液中离子吸附、解吸等进行全面控制，酸性介质会影响电渗速度。在此背景下，需要实现对pH的控制，这也是电动去处方式中的一项重点内容[8]。

4 结语

综上所述，农用污泥中重金属元素去除，是当前我国城市发展中面临的一个重要问题。针对这一问题，需要国家、城市有关部门能够给予更多关注，采用不同方式，实现对重金属元素的有效控制，为社会环境的更好发展打下良好基础。