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剩余污泥中重金属污染的蚯蚓活化—花卉植物修复机理研究

白向玉  
【摘要】: 随着我国经济发展和城市化进程的加快,城市剩余污泥的产量急剧增加,其科学化处置问题已备受国内外环境学者的关注。在对剩余污泥的各类处置方法中,土地利用是最有潜力的污泥处置方式,但是重金属却成为主要限制因子。针对重金属污染问题,植物修复技术因其低成本、绿色环保而迅速发展起来,但该技术的研究目前主要侧重于重金属污染的土壤。 污泥与土壤介质不同,采用植物修复剩余污泥中重金属的机理和效果需要通过实验来进行研究和验证。为此,本论文以四个不同规模和类型的污水处理厂剩余污泥为研究对象,先后进行了剩余污泥中重金属含量形态测试与分析实验、污泥中重金属污染修复的花卉植物筛选实验和蚯蚓对污泥重金属的活化实验,并在此基础上提出了赤子爱胜蚓-吊兰联合修复技术,其研究结果对剩余污泥中重金属污染修复具有重要的理论意义和潜在的应用价值,并为污泥无害化处置提供新途径。主要研究结论如下: (1)重金属含量分析结果表明,同种重金属在四个不同类型污水处理厂污泥中的含量不同,徐州市荆马河污水处理厂的Cu、Zn、Pb含量最高(其值分别为2013.48mg/kg、4862.18mg/kg、541.79mg/kg),徐州市姚庄污水处理厂的Cd含量最高(其值为25.42 mg/kg),淮北市污水处理厂的Cr含量最高(其值为462.19mg/kg);重金属Cu、Zn、P b、Cd不同程度超过城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)。 (2)重金属形态分析结果表明,四个污水处理厂污泥中各类重金属主要以稳定态(硫化物结合态、残渣态)形式存在。重金属Zn以碳酸盐态(范围为20.26%~27.11%)和残渣态(范围为45.08%~61.70%55)为主,重金属Cu、Pb、Cr以硫化物结合态(范围分别为51.79%~60.87%、23.12%~31.45%、61.28%~78.36%)和残渣态(范围分别为27.43%~34.62%、.68%~63.50%、21.64%~38.72%)为主,重金属Cd以硫化物结合态(范围为38.45%~51.60%)和铁锰氧化物结合态(范围为15.69%~30.20%)为主。 (3)花卉植物筛选实验结果表明,吊兰生长旺盛,未表现出任何受毒害症状,并对重金属Cu、Zn、Cd、Pb具有一定的积累能力,是适合联合修复污泥中重金属的花卉植物。实验期内,吊兰在全泥处理(3:0、2:0)中对Cu、Zn、Cd、Pb的总积累量均为最大,其值分别为5.70mg plant ~(-1)、14.53mg plant ~(-1)、0.340mg plant ~(-1)和0.580mg plant ~(-1)。 (4)蚯蚓活化实验结果表明,赤子爱胜蚓能够在一定配比浓度的Cu、Zn、Pb、Cd污泥中正常生长,改变污泥的理化性质,并提高污泥中重金属的生物有效性。蚯蚓活动使得Cu配比浓度为150 mg/kg、Zn配比浓度为200 mg/kg和Pb配比浓度为400 mg/kg污泥中重金属的活化率增加值最大,对Cd不同配比浓度污泥中重金属的活化率影响不大。 (5)蚯蚓-花卉联合修复实验结果表明,赤子爱胜蚓能够改变污泥理化性质,促进吊兰生长,增强吊兰吸收污泥中重金属的能力。在Cu不同配比浓度污泥中,吊兰总积累量分别增加了0.99 mg plant ~(-1)、4.69 mg plant ~(-1)、1.62 mg plant ~(-1)和8.03 mg plant ~(-1);在Zn不同配比浓度污泥中,吊兰总积累量分别增加了2.74mg plant ~(-1)、2.29mg plant ~(-1)、3.47mg plant ~(-1)和1.26mg plant ~(-1);在Pb不同配比浓度污泥中,吊兰总积累量分别增加了4.81mg plant ~(-1)、1 .13mg plant ~(-1)、3 .71mg plant ~(-1)和0.45mg plant ~(-1)。接种赤子爱胜蚓后,均不同程度提高了吊兰茎叶部和根部的富集系数和转运系数,其中当Cu配比浓度为50mg/kg和100mg/kg、Pb配比浓度为0mg/kg时,根部的富集系数大于1。 该论文有图73幅,表46个,参考文献215篇。


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