貴陽(yáng)市城市污泥重金屬特征分析

岑國(guó)邀

（貴州師范大學(xué)貴州貴陽(yáng)550025）

貴陽(yáng)市城市污泥重金屬特征分析

岑國(guó)邀

（貴州師范大學(xué)貴州貴陽(yáng)550025）

文章研究了貴陽(yáng)市某污水處理廠污泥中重金屬鋅、銅、鉛、鉻、鎘的含量和形態(tài)特征。研究表明：污泥中Zn的含量最高為1463.34mg/kg，超出了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)限值。Cu、Pb、Cr、Cd含量均不超標(biāo)。形態(tài)分析中，Zn在有機(jī)結(jié)合態(tài)含量比例最高為61.56%，Cu主要分布在有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)中，分別占52.97%、31.34%，在碳酸鹽結(jié)合態(tài)中幾乎沒(méi)有分布。Pb和Cr在五種形態(tài)中含量相對(duì)比較均勻。Cd在有機(jī)結(jié)合態(tài)分布相對(duì)較多，離子交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)均有少量分布。重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中Zn、Cd對(duì)環(huán)境污染潛在風(fēng)險(xiǎn)較高。污泥中Pb、Cr在離子交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)濃度高、生物有效性大，易對(duì)生態(tài)環(huán)境能造成嚴(yán)重的危害，在污泥處理時(shí)應(yīng)引起高度重視。

污泥；重金屬；形態(tài)特征；生態(tài)環(huán)境

1　引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的深入，污水處理廠數(shù)量增加，污水處理效率提高，隨之產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)物——污泥。我國(guó)對(duì)污泥的合理處置問(wèn)題一直高度重視，當(dāng)前我國(guó)對(duì)污泥的處理方法有衛(wèi)生填埋、焚燒、土地有效利用等。污泥含有污水中的大部分污染物。污泥中不僅含有微生物生長(zhǎng)所需的氮、鉀、磷等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也含有大量的重金屬污染物，如果對(duì)其處理不當(dāng)將會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。污泥重金屬的危害在于它不能被微生物分解，并可以在微生物體內(nèi)大量的富集，形成毒性更強(qiáng)的化合物并對(duì)人類(lèi)造成健康威脅。污泥中重金屬的化學(xué)毒性不僅僅取決于其含量的多少，很大程度上與形態(tài)分布有關(guān)，不同重金屬形態(tài)分布不同其所表現(xiàn)出來(lái)的環(huán)境行為也不同。因此對(duì)污泥中重金屬的總量與形態(tài)分析成為了如何有效處理污泥的重要方法，污泥總量與形態(tài)分析是污泥合理處置的基礎(chǔ)，對(duì)污泥中重金屬的含量、各個(gè)形態(tài)分布研究分析可以為污泥處置和重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供合理的理論依據(jù)，從而更大程度上減少其對(duì)環(huán)境的二次污染。

2　實(shí)驗(yàn)方法

2.1樣品采集與預(yù)處理

采集污水處理廠污泥樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，去除雜質(zhì)并混合均勻，采用四分法取樣，全部研磨過(guò)100目篩，測(cè)定含水率，然后進(jìn)行烘干，采用對(duì)角線四分法取樣放入瓶中待用，取三個(gè)平行樣本。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

總量測(cè)定測(cè)定采用酸消解法，形態(tài)分析Tessi er的五步連續(xù)提取法，五步連續(xù)提起法將重金屬分為以下五種：碳酸鹽結(jié)合態(tài)、可交換離子態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)、硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，研究表明前三種為不穩(wěn)定態(tài)，后兩種為穩(wěn)定態(tài)，而金屬污染物來(lái)源主要為前三種金屬形態(tài)。

樣品實(shí)驗(yàn)中加入空白試樣，實(shí)驗(yàn)誤差控制允許范圍內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)均采用火焰原子吸收分光光度法分析污泥重金屬的含量與吸光度。

2.3數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Word軟件和Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和處理。

2.4計(jì)算

污泥中重金屬總量，數(shù)值以（mg/kg）表示，按以下公式計(jì)算：

C－在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查到的相應(yīng)重金屬含量數(shù)值（mg/L）；

C0－在標(biāo)準(zhǔn)曲線查到的空白試樣相應(yīng)重金屬含量（mg/L）；

V－試液定容的體積（mL）；

m－稱(chēng)取試樣的質(zhì)量（g）；

f－樣品的含水率，以小數(shù)表示；

計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。

3　結(jié)果與分析

3.1污泥重金屬總量分析

在污泥中重金屬的含量有很大的差異，含量高低順序?yàn)椋篫n＞Cr＞Pb＞Cu＞Cd，其中鋅的含量最高，濃度為1463.34mg/kg，其次為鉻，含量為223.78mg/kg，與表3-2《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）比較，鋅和鉻在污泥中的含量都低于國(guó)家排放限值，而鎘的含量超過(guò)了酸性土壤所允許的最高值（土壤pH＜6.5），另外鉛、銅兩種重金屬的含量也在最高排放限值以?xún)?nèi)。

Zn的含量值遠(yuǎn)高于《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284-1984）所限定Zn的最高含量，很可能由于城市用水的輸送管都是鍍鋅管所致。所以此污泥不可農(nóng)用。Zn含量最高值低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（CJ248-2007）限值，Cd在表3-3兩種標(biāo)準(zhǔn)中的酸性土壤屬于超標(biāo)值，中性或堿性土壤中低于最高限定值，故此污泥可在中性或堿性土壤中作園林綠化用泥。從整體來(lái)看除了Zn、Cd含量超標(biāo)以外，其余三種重金屬含量都在國(guó)家排放和農(nóng)用限值內(nèi)。重金屬的毒性不但與其含量多少有關(guān)，很大程度上，重金屬的毒性也取決于其在污泥中的賦存形態(tài)。

3.2重金屬形態(tài)含量分布

重金屬形態(tài)的不同表現(xiàn)出其潛在遷移性差別也不同，如污泥中的重金屬Cu其主要存在形態(tài)為有機(jī)結(jié)合態(tài)，其次是賦存在殘?jiān)鼞B(tài)，這兩種形態(tài)占重金屬總量的90%左右，重金屬Zn在污泥中則具有較強(qiáng)的生物有效性和遷移性；重金屬Pb主要以離子交換態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在；重金屬Cd在有機(jī)結(jié)合態(tài)占總量的30%左右。本文研究了五種重金屬在污泥中各個(gè)形態(tài)含量的差別。重金屬在各個(gè)形態(tài)中的含量并不均勻，如銅在離子交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量非常低，而在有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)中的含量相對(duì)較高。鋅主要分布在有機(jī)結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)三種形態(tài)中。鉛、鉻在各個(gè)形態(tài)中的含量相對(duì)于比較均勻，鎘則主要存在鐵錳氧化鈦、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)中。

Zn在有機(jī)結(jié)合態(tài)含量比例最高為61.56%，其次為鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。這是因?yàn)槲勰嘀泻械牧蛩猁}等硫化物質(zhì)被污泥中的部分還原菌分解轉(zhuǎn)化為S2-從而促使污泥中的重金屬由不穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，從而提高了重金屬在穩(wěn)定態(tài)的含量；Cu主要分布在有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)中，分別占總量的52.97%、31.34%，而鐵錳氧化態(tài)也有一定的含量，三者含量比例占到總量的98.63%之多，在碳酸鹽結(jié)合態(tài)中幾乎沒(méi)有分布，說(shuō)明Cu的活性高，所以在污泥處置中應(yīng)引起高度重視；Pb在五種形態(tài)中含量相對(duì)比較均勻，每種形態(tài)含量差異不大；Cr的分布也相對(duì)平均，五種形態(tài)分布的含量都在20%左右；Cd主要還是分布在有機(jī)結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)三種形態(tài)，其中有機(jī)結(jié)合態(tài)含量最高為35.94%，然而不穩(wěn)定態(tài)含量比例也達(dá)到18.33%。這是由于污泥的構(gòu)成含有部分的微生物絮體，具有有利于重金屬離子表面吸附的較大的表面積，而這些被吸附的金屬離子容易轉(zhuǎn)移到水中，從而大大提高了不穩(wěn)定態(tài)重金屬含量。

3.3重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為能更明顯的體現(xiàn)出重金屬對(duì)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)，本文采用單因子指數(shù)法對(duì)重金屬進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下：

式中Pi為污染指數(shù)；Ci為污染物測(cè)定值；Si為污染物標(biāo)準(zhǔn)限值。

當(dāng)Pi≥1是表示有污染，當(dāng)Pi＜1是表示無(wú)污染，具體的數(shù)值可直接反映污染物超標(biāo)的程度。

結(jié)果表明排放標(biāo)準(zhǔn)重金屬在中或堿性土壤中，Zn污染指數(shù)最高為0.49，Zn、Cu、Pb、Cr、Cd的污染指數(shù)小于1，屬于無(wú)污染水平。從排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看五種金屬的風(fēng)險(xiǎn)高低順序?yàn)閆n＞Cd＞Cr＞Pb＞Cu。酸性土壤Cd的污染指數(shù)最大為1.4，屬于超標(biāo)水平，酸性土壤重金屬污染指數(shù)高地為Cd＞Zn＞Pb＞Cr＞Cu。中或堿性土壤中Zn表現(xiàn)出最高的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)中酸性和中或堿性中Zn的污染指數(shù)最高分別為2.93、1.46，Cd為1.4、0.36，Zn在中或堿性土壤污染指數(shù)大于限定值1，Cd在酸性土壤污染指數(shù)指數(shù)大于1，Cd、Zn在污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)中已屬于污染水平，超出限定值較多，其余三種重金屬均小于1，屬于無(wú)污染水平，五種重金屬對(duì)環(huán)境污染潛在風(fēng)險(xiǎn)順序與污泥排放標(biāo)準(zhǔn)相同。園林綠化中Cd的環(huán)境污染指數(shù)在酸性土壤最高為1.43，在中或堿性土壤最高為0.36，其表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境污染潛在風(fēng)險(xiǎn)最高，五種金屬對(duì)園林綠化環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)高低順序?yàn)镃d＞Zn＞Cr＞Pb＞ Cu。園林綠化標(biāo)準(zhǔn)中Cd在酸性土壤中屬于污染水平，中性或堿性土壤中屬無(wú)污染水平。

4　結(jié)語(yǔ)

4.1通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出污泥中重金屬含量有明顯差異，其中重金屬Zn的總含量最高，其次是Cr、Pb、Cu、Cd；而Zn的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了我國(guó)規(guī)定的污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，其余四種含量均不超標(biāo)。

4.2在重金屬各形態(tài)分析中，五種重金屬在各形態(tài)含量變化也存在明顯的差異。Zn、Cu、Cd主要分布在穩(wěn)定態(tài)中，Pb、Cr兩種重金屬分布相對(duì)較為均勻，由于Pb、Cr的生物有效性大并且對(duì)環(huán)境可以造成極大的危害，所以在污泥農(nóng)用時(shí)須進(jìn)行合理的處理。

4.3重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中Cd在酸性土壤中污染指數(shù)均大于1，所以污泥不可在酸性土壤中排放、農(nóng)用、園林綠化。Zn在農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的酸、中或堿性土壤中均屬于污染水平，不適合農(nóng)用，綜上所分析，污泥可在堿性土壤中排放和園林綠化處理。

4.4貴陽(yáng)市某污水處理廠污泥中重金屬含量除Zn、Cd外都符合國(guó)家污泥農(nóng)用排放最高限值，所以在農(nóng)用之前應(yīng)做穩(wěn)定化處理，通過(guò)焚燒使其轉(zhuǎn)化殘?jiān)鼞B(tài)存在，也可以通過(guò)其他的化學(xué)方法、生物方法、植物修復(fù)手段進(jìn)行處理。

［1］張麗麗，李花粉，蘇德純.我國(guó)城市污水處理廠污泥中重金屬分布特征及變化規(guī)律［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2013，26（3）：313-319.

［2］晉王強(qiáng)，南忠仁，王勝利，等.蘭州市城市污水處理廠污泥中重金屬形態(tài)分布特征與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（6）：1211-1216.

岑國(guó)邀，男，貴州黔南人，就讀于貴州師范大學(xué)，學(xué)生，研究重金屬污染方向。