《Science of The Total Environment》：Reduction of sewage sludge toxicity through chemical stabilization and natural attenuation
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污水处理厂污泥经化学稳定化与自然衰减处理后，生态毒性显著降低，其中90天自然衰减更有效。摘要：
凯奥·罗德里格斯·马卢夫（Caio Rodrigues Maluf）|玛丽亚·加布里埃拉·弗兰科·利马（Maria Gabriela Franco Lima）|比安卡·冈萨加·阿兰特斯（Bianca Gonzaga Arantes）|罗布森·若泽·德·奥利维拉·朱尼奥尔（Robson José de Oliveira Júnior）|杰米尔·尼林（Jeamylle Nilin）
巴西米纳斯吉拉斯州乌贝兰迪亚市，乌贝兰迪亚联邦大学生物研究所
摘要
将污泥用作土壤改良剂需要有效的毒性缓解策略。本研究旨在评估和比较化学稳定（CS）与熟石灰处理以及自然衰减（NA）在降低巴西某污水处理厂产生的污泥生态毒性方面的效果。通过使用Lactuca sativa（植物毒性）和Allium cepa（细胞遗传毒性）进行生物测定，来评估这些处理方法在处理时间为零（T0）以及自然衰减90天后（T90）的生态毒性影响。处理方式包括原始污泥和经过化学稳定的污泥（SSS），两者均与土壤混合使用。在T0时，SSS和污泥混合物的浸出液表现出显著的植物毒性，抑制了Lactuca sativa的根系生长（p < 0.05），并导致Allium cepa出现高频率的染色体异常（CA）和微核（MN）（p < 0.05），表明仅靠化学稳定不足以消除遗传毒性和致突变性。然而，在自然衰减90天后，这些毒性效应不再出现；所有处理组的根系生长均得到显著促进（p < 0.05），染色体异常和微核的频率也恢复到与阴性对照组无统计学差异的水平（p > 0.05）。这些发现表明，90天的自然衰减处理比单独使用化学稳定方法更有效地去除了污泥的毒性，为农业应用提供了一种有前景且低成本的方法。
引言
污水处理厂（WWTP）对于在废水排放到水体之前对其进行处理至关重要。这一过程会产生污泥（SS），它是化学、物理化学和生物反应过程中的副产品（Fijalkowski等人，2017；Hu?ek等人，2022；Kacprzak等人，2017）。由于城市化和经济发展，污泥的产生量在全球范围内迅速增加，给处理带来了重大挑战（Shen等人，2025）。污泥可能含有金属、农药、药品、个人护理产品、病原体及多种有机污染物，这些物质可能对水生和陆地生物造成生物危害，并威胁人类健康（Shen等人，2025）。污泥成分的复杂性使其重新引入环境变得困难（Mejías等人，2021；Rolsky等人，2020；Xie等人，2015）。
全球范围内，不到50%的人口能够获得基本卫生设施，这表明随着人口增长和卫生条件的改善，污泥的产生量也在增加（联合国，2019）。为了减轻环境风险，南非、加拿大、中国、美国、印度和日本等国家已经研究了与污泥生成、其生命周期、潜在环境影响范围以及将其用于能源生产、农业投入或土木建设的可能性相关的技术（Agoro等人，2020；Singh等人，2020；Wang和Nakakubo，2021；Zhou等人，2020；Zhuang等人，2022）。其中，热处理方法如热解也被探索为将污泥转化为能源和回收资源的有效途径，尽管土地施用仍然是全球常见的做法，但需要谨慎管理（Shen等人，2025）。在巴西，约40%的人口仍未获得基本卫生设施，而在设有污水处理设施的市政当局中，污水处理厂的运营成本约有50%用于污泥管理，其中大部分（90%）用于填埋（Appels等人，2008；IBGE，2017；Vinciguerra等人，2023）。
由于污泥中含有病原体和各种污染物，其混合物具有潜在毒性，因此必须考虑实施稳定机制（Shen等人，2025）。化学稳定（CS）使用熟石灰、热稳定（例如热解）或自然衰减（NA）等策略已被证明可以有效降低生态毒性，通过减少生物可利用金属、分解有机物质以及减少大肠菌群和蠕虫来提高污泥的安全性和环境友好性（Amilton等人，2016；Camargo等人，2016；Chaturvedi等人，2022；Costa等人，2018；Mazzeo等人，2016）。此外，这些处理策略的优化与环境材料科学的最新进展相一致，研究表明，精确调控废物衍生吸附剂的物理化学性质（如孔结构和表面活性位点）对于污染物的固定和去除至关重要（Cheng等人，2025；Zheng等人，2025）。
鉴于污水处理厂产生的污泥成分复杂所带来的环境管理挑战，以及通过将其作为肥料用于农业来减轻环境负担的潜力，本研究评估了巴西某中等规模城市污水处理厂产生的污泥的生态毒性，通过测定Lactuca sativa和Allium cepa种子在经过化学稳定和自然衰减处理后对污泥浸出液的植物毒性和细胞毒性反应来进行评估。
采样与制备
在巴西米纳斯吉拉斯州乌贝兰迪亚市的Uberabinha污水处理厂采集了80公斤污泥样本。其中一半（40公斤）存放在收集容器中，等待后续处理；另一半（40公斤）与3.6公斤熟石灰混合并均匀化，熟石灰的质量占污泥干质量的30%（通过扣除样本平均含水量70%计算得出污泥干质量为12公斤）。
结果
污泥中的金属分析显示，所有金属含量均未超过国家标准（巴西国家环境委员会决议498，2020）及国际标准（如英国公共可用堆肥材料规范100，BSI，2018；美国环境保护署503，USEPA，1994）规定的允许限值（见表1）。根据表2的结果，该污泥样本的电导率（EC）和有机质（OM）含量较高。
讨论
颗粒分析表明，土壤样本具有沙质-粘土质地，这是巴西中西部塞拉多生物群落的典型特征（Ferreira等人，2019）。电导率（EC）、有机质（OM）和氧化碳（OC）的含量在污泥和污泥+土壤混合物中高于SSS和土壤+SSS混合物，说明这些样本含有更多的有机物质和颗粒。污泥与SSS之间的这种差异可以归因于使用熟石灰进行的化学稳定处理过程。
结论
污泥的生态毒性评估结果显示，虽然Lactuca sativa的发芽率没有显著下降，但初始暴露（T0）时根系发育受到显著抑制（p < 0.05），表明存在植物毒性。经过90天的自然衰减处理后，根系发育显著恢复（p < 0.05）。而对Allium cepa>的分析未发现细胞毒性，但染色体异常和微核频率显著升高。
作者贡献声明
凯奥·罗德里格斯·马卢夫（Caio Rodrigues Maluf）：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据可视化，方法学设计，实验设计，数据管理，概念构建。玛丽亚·加布里埃拉·弗兰科·利马（Maria Gabriela Franco Lima）：实验设计，数据管理。比安卡·冈萨加·阿兰特斯（Bianca Gonzaga Arantes）：实验设计，数据管理。罗布森·若泽·德·奥利维拉·朱尼奥尔（Robson José de Oliveira Júnior）：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，方法学设计。杰米尔·尼林（Jeamylle Nilin）：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，验证，监督，方法学设计，概念构建。
资助
本研究得到了巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES）的支持（项目编号：88887.801550/2023-00）。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
凯奥·罗德里格斯·马卢夫获得了巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES）的财务资助。作者感谢玛丽亚·克里斯蒂娜·桑切斯（Maria Cristina Sanches）博士、朱莉安娜·马尔齐内克（Juliana Marzinek）博士和玛丽亚·阿帕雷西达·马里恩-莫拉莱斯（Maria Aparecida Marin-Morales）博士以及乌贝兰迪亚联邦大学细胞遗传学实验室全体人员的杰出贡献，特别感谢乌贝兰迪亚市水务与污水处理部门（DMAE）的支持。
