牛粪及其蚓粪对Pb和Cd的吸附特性及差异研究(2)

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引言

　　随着矿产开采、金属冶炼等工业活动的进行，以及污水灌溉、施用污泥和劣质化肥等影响，Pb、Cd等有害重金属不断进入农业环境中，对农田、菜地等造成严重污染。铅、镉属于五大严重污染重金属，其污染范围很广，水土环境皆受其害。尤其是土壤，近些年来污染范围越来越广，有逐渐扩大的趋势。据统计，我国约有1.3×104 km2耕地受到铅等重金属严重污染，致使粮食减产达1.0×107t [1-3]。近些年，在对部分地区的蔬菜等可食用农作物的检测过程中均发现有铅、镉等重金属超标的现象。Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）等重金属容易通过食物链在人体内富集，并对人体产生不利影响，威胁人体健康。如有研究表明，Pb（Ⅱ）的毒性水平与脑病相关，会导致癫痫和智力低下。Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）已分别被环境保护局列为“前20种危险物质优先列表”中的第六位和第七位[4-8]。目前关于有机物质对土壤重金属吸附及解吸的影响备受关注，我们急需寻找到能够修复水体和土壤中的生物基质的具有良好吸附效果的材料。

　　我国迅速发展的畜牧养殖业使畜禽养殖废弃物诸如禽畜粪便等的产量迅速增长，禽畜粪便成为我国农业有机固体废物的最主要的产生源。有数据显示,我国每头奶牛日产粪尿约58.93kg，每头肉牛日产粪尿约24.32kg，是猪日产粪尿 4～9 倍多，远远超过鸡鸭的日产粪尿[9-10]。牛粪成为我国农业有机固体废弃物的主要产生源。牛粪本身也是一种很好的生物质资源，畜禽粪便被用作有机肥在我国由来已久，禽畜粪便中的可腐解部分含有丰富的养分供农作物所需，将禽畜粪便直接施入农田是最根本、最有效的资源化利用方式。蚯蚓发酵作为畜禽粪便资源化利用的有效技术之一，近年来也普遍被人们所利用。通过蚯蚓对畜禽粪便粪进行充分反应处理即可获得蚓粪。蚯蚓粪是蚯蚓以禽畜粪便或其他有机废物为饵料，经过蚯蚓体内消化代谢后的排泄物，其富含多种微生物及其代谢产物[11-15]。蚯蚓粪与有机废弃物畜禽粪便相比，其中可溶性盐含量、阳离子交换能力和腐植酸含量都有明显的增加[16-17]。说明有机质转化成了稳定的腐殖质类复合物质。随着对蚯蚓及蚯蚓粪研究的深入，有研究发现蚯蚓粪便在促进农作物的生长、抑制病原菌的活性和改善土壤肥力等三个方面也有很好的效果。李扬等研究表明蚯蚓粪是蚯蚓将食料中有机质，分解转化后形成的含腐殖酸、粗灰分等物质的化合物团聚体[18]。另有研究显示，通过蚯蚓-植物复合型模式修复土壤中的重金属镉污染，实验结果表明接种过蚯蚓的土壤对农作物的生长有很好的促进作用，同时也大大提高了土壤中微生物的数量，并且有效地降低了土壤中全镉的含量。梁咏梅等研究表明腐殖酸对重金属离子铅、镉的吸附能力较强[19-20]。说明蚓粪在重金属修复方面拥有巨大潜能，但目前关于牛粪及其蚓粪对Pb、Cd的吸附特性的研究还未有报道，这项研究对牛粪等废弃物的资源化利用及其蚓粪对重金属的修复具有一定的参考价值。

1 材料和方法

1.1供试材料

牛粪和牛粪源蚓粪购买于某公司。牛粪的基本理化性状如下:pH为6.66，含K6.46mg/kg;含Na10.23mg/kg；含Ca8.38mg/kg;含Mg4.07mg/kg;灰分为24.28%。蚓粪的理化性质为：pH为7.25，含K9.00mg/kg;含Na10.21mg/kg；含Ca31.72mg/kg;含Mg10.44mg/kg;灰分为52.96%。

1.2研究方法

1.2.1吸附- 解吸试验

　　利用含0.01 mol·L-1NaNO3的背景溶液稀释铅储备溶液至溶液中Pb2+浓度为100～1000 mg·L-1。以4gL-1的固液比称取牛粪及蚓粪于10 mL 离心管中，分别加入8mL 浓度为100～1000 mg·L-1的铅溶液。滴加少量的0.1mol·L-1 HNO3或者NaOH 溶液调节溶液的pH值到5.0±0.05。离心管在 25℃恒温振荡箱中，以140 rpm 振荡 24 h，于3800 rpm 离心5 min，过0.22μm微孔滤膜，测定滤液中Pb2+的浓度（Ce），做不加生物炭的空白实验，此值为各梯度溶液的初始浓度（C0），然后计算在不同浓度的铅溶液中生物炭对 Pb2+的吸附量。解吸实验电解质一般采用 NaNO3。若用CaCl2 做支持电解质，普遍认为所得的Cd的解吸量与生物吸收有直接的关系，这种镉的形态被形容为生物有效态镉[21- 22]。