添加尾矿对城市污泥浸出毒性的影响研究

柏亚雄

（贵州师范大学地理与环境科学学院贵州贵阳550025）

添加尾矿对城市污泥浸出毒性的影响研究

柏亚雄

（贵州师范大学地理与环境科学学院贵州贵阳550025）

选择矿山尾矿（铜矿渣）和城市污泥为实验材料，分别制备其浸出液，用以考察浸出液对小麦和玉米的毒性影响。通过对小麦种子和玉米种子的萌发率和芽长这2指标的检测，研究添加尾矿对城市污泥浸出毒性的影响。研究结果表明，城市污泥浸出液对玉米和小麦种子的萌发率、芽长均会产生抑制作用。向污泥中添加尾矿可以降低城市污泥浸出液的毒性，提高城市污泥应用的安全性，避免造成二次污染，使城市污泥资源利用的安全性进一步提高。

城市污泥；矿山尾矿；浸出毒性

随着中国社会经济和城市化的发展，城市污泥的产生及其数量在不断增长。大量堆积的污泥，不仅将占用大量的土地，而且其中的有害成分如重金属、病原菌、寄生虫卵、有机污染物及臭气等将成为严重影响城市环境卫生的公害。目前污泥处置的主要方式有填埋、投海、焚烧和土地利用，这些方法都能容纳大量的污泥，是污泥处置的有效途径，但其中也存在诸多问题。为了充分利用污泥，减轻环境污染状况，世界上许多国家都在大力发展污泥处理处置和资源化利用的各种技术，城市污泥在一定条件下可以进行资源化利用，但在利用时污泥的浸出液可能会产生二次污染。

尾矿和城市污泥中都含有相应的重金属，浸出液也具有毒性。通过向城市污泥中添加尾矿，将二者按一定比例进行混合，浸出液中的重金属离子可能会与尾矿发生吸附、螯合等物理化学作用，从而降低城市污泥浸出液的毒性，提高城市污泥应用的安全性，避免造成二次污染，因此开展此实验研究。

1　.材料与方法

1.1实验材料

1.1.1实验材料

尾矿购自巩义市元亨净水材料厂，城市污泥采于贵阳市某污水处理厂，植物种子小麦和玉米的产地，分别是山东省枣庄市和河南农科院种业有限公司。

1.2方法

1.2.1尾矿与城市污泥的预处理

将污泥和尾矿自然风干，分拣出石粒、塑料袋等粒径较大的无机成分，之后将污泥与矿渣研磨过1m m筛，筛下物即为制备浸出液的尾矿和城市污泥。

1.2.2尾矿、城市污泥浸出液的制备

实验中尾矿与城市污泥的浸出液参照《固体废物浸出毒性浸出方法——水平震荡法》（HJ57—2009）制备。

1.2.3种子萌发实验

对照组用蒸馏水进行培养，各处理组用尾矿浸出液和污泥浸出液进行培养。不同处理组分别用尾矿浸出液、污泥浸出液、尾矿：污泥（1：1混合）浸出液进行稀释培养，稀释倍数为1（不稀释），2，4倍。每组做2个平行实验。

1.2.4植物幼苗生长试验

对照组用蒸馏水进行培养，各处理组用尾矿浸出液和污泥浸出液进行培养。不同处理组分别用尾矿浸出液、污泥浸出液、尾矿：污泥（1：1混合）浸出液进行稀释培养，稀释倍数为1（不稀释），2，4倍。每组做2个平行实验。

2　.结果和讨论

2.1植物种子萌发试验

2.1.1对种子萌发率的影响

表1　小麦种子和玉米种子在不同处理组下的发芽率

从表1中可以看出，小麦种子和玉米种子在不同浸出液处理组的最终发芽率，小麦种子和玉米种子的发芽率在任一对应的处理组都不同，且都低于对照组（蒸馏水）的发芽率。在污泥浸出液未经稀释时小麦种子和玉米种子的萌发率分别为80.00%和43.33%，都低于其它处理组的，且小麦的萌发率都要比玉米高。对于小麦来说，各浸出液随稀释倍数的增加萌发率也随着增大。说明各处理组都对两种植物种子的萌发有着抑制作用，且两种种子抑制程度不同，浸出液对玉米种子萌发的影响大于小麦种子。小麦种子在各浸出液中受抑制作用的影响随稀释倍数的增大而减小。未经处理的污泥浸出液对植物种子萌发的抑制作用最大，即其毒性最强。

城市污泥浸出液含有对植物种子起毒性作用的高浓度的COD、盐分和一些植物生长所必需的营养元素，如氮、磷等，这两类物质在植物的萌发过程中都发挥着作用。盐通过渗透效应和离子效应降低环境水势导致种子水分吸收率的降低，从而抑制发芽。

实验得出，在72h时玉米种子萌发率由高到底依次为对照组100%、尾矿组80%、尾矿：污泥组70%、污泥组43.33%。尾矿：污泥组在36h后萌发率的变化幅度较小，在48h～72h时间段内萌发率为70%保持不变。说明各组浸出液在未经稀释时对玉米种子的萌发均有抑制作用，污泥浸出液抑制作用最明显。在尾矿：污泥的浸出液对玉米种子萌发的抑制作用周期较短且效果明显。

这可能是污泥中重金属、高的盐分以及其它的有害污染物对玉米种子的萌发有一定的抑制作用。浸出液中含有毒物质，由此造成细胞新陈代谢的混乱，从而进一步影响种子萌发过程，使种子的萌发延滞或停止。

实验得出，各处理组经过稀释后玉米种子的萌发率的变化规律都有所改变，整个过程各处理组玉米种子萌发率交替上升，到72h时对照组的萌发率为100%，而尾矿：污泥组、污泥组和尾矿组的萌发率分别为83.33%、80%、76.67%。说明各处理组经稀释后对玉米种子萌发影响都发生不同程度的改变。经稀释后污泥组对玉米种子萌发的抑制作用有所减小，比尾矿组的还小。可能是浸出液对植物种子细胞内核的改变，影响到细胞周期、细胞分裂，有可能与基因转录相对减少、一些相关的合成酶减少或酶活性降低有关。

2.2植物幼苗生长试验

2.2.1对芽长的影响

实验得出，在36h前各处理组小麦芽长上升的趋势很相近，各组芽长差距并不大。36h后各组芽长的差距就拉开了，到72h时各组的芽长由高到低为对照组4.02cm、尾矿组3.41cm、尾矿：污泥组为2.90cm、污泥组2.11cm。说明在36h前各处理组对小麦的芽影响并不大，而到36h后各组的影响就开始明显起来，到最后仍然是污泥组的影响最大。

芽虽然位于浸出液上方，没有直接接触浸出液受到污染物的毒害作用，但营养物质则通过根的运输作用到达芽。当污染物浓度低时，根尖细胞不会受到损害，营养物质能顺利通过根到达芽。当污染物浓度高时，根尖细胞会出现失水萎缩，从而到达芽上的营养物质就随之减少了，减缓了芽的生长。

2.2.2实验结论

实验得出，在48h前各处理组小麦芽长变化趋势几乎一致，48h后就发生改变了。最终在72h时小麦芽长由高到底为对照组4.02cm、尾矿组3.73cm、尾矿：污泥组3.33cm、污泥组3.20cm。说明各处理组对小麦芽长在48h前影响相似，48h后就开始产生变化，稀释后污泥组的芽长仍最短。

随着稀释倍数的增加，浸出液的毒性也随着减弱，对植物生长的影响也就越来越小。随着稀释倍数的增加，浸出液的毒性也随着减弱，对植物生长的影响也就越来越小。植物的生长所需的营养是直接由根部输送，因此植物的芽是否正常生长与根有直接的联系，造成跟不能正常生长，即不能正常的输送营养物质的原因可能是：

（1）浸出液中的重金属进入植物体内后，大部分累积在根的生长部位，主要对染色体和细胞核仁造成破坏，随着重金属浓度的增加，对染色体和核仁的破坏加剧，从而导致了小麦根生长受到抑制；（2）可能是由于污染物进入根尖分生区细胞，干扰了细胞核的正常有丝分裂，阻滞细胞由间期进入分裂状态，从而延长了细胞的分裂周期，表现为幼根生长延缓；（3）根尖细胞处于高浓度污染环境，可导致细胞内外渗透压失衡，使得细胞内物质外流，细胞质壁分离，从而造成根尖细胞损伤，延缓了幼根生长。

城市污泥主要通过浸出液中含有的污染物影响对植物种子细胞的新陈代谢、细胞核内的改变、细胞分裂周期、细胞失水等，来对植物种子内细胞进行会对玉米和小麦种子的萌发率、芽长均产生抑制作用。而向污泥中添加尾矿，可以使污泥中重金属发生吸附、螯合等物理化学作用，可以减小重金属对植物细胞的影响，最终达到减弱污泥毒性的目的。提高城市污泥应用的安全性，避免造成二次污染。

3　结语

经过对小麦和玉米种子的萌发率、芽长、根长的研究，可以得出以下结论：（1）污泥浸出液、尾矿浸出液对小麦种子和玉米种子的萌发有着抑制作用，污泥浸出液的抑制作用最强，即毒性最大；（2）尾矿：污泥的浸出液对两种种子萌发、芽的生长、根的生长的抑制作用都低于污泥浸出液，即向污泥中添加尾矿可以减少污泥的毒性；（3）不同植物对同一浓度的浸出液毒性的敏感程度也是不同的。

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［3］李子芳，刘惠芬，熊肖霞，等.镉胁迫对小麦种子萌发幼苗生长及生理生化特性的影响［J］.农业环境科学学报，2005，24（S1）：17-20.

［4］万涛，孙英杰，卞荣星.矿化垃圾浸出液对植物发芽与幼苗生长的影响研究［J］.青岛理工大学学报.2014，35（2）：60-65.

柏亚雄（1992—），男，贵州黔南州人，本科，主要从事资源与环境研究。