東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中養(yǎng)分及重金屬特征分析

嚴(yán) 霞

（東莞市石鼓污水處理有限公司，廣州 東莞 523000）

近年來，隨著水污染治理的力度不斷加大，東莞市新建了一批污水處理廠，從2015年的40多家增長到2021年的60多家，而污泥作為污水處理的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量也在大幅增長。目前，我國城市污水處理廠的污泥處置主要以衛(wèi)生填埋為主，該方法占到了各種處置方式總比例的63%[1]，但固體廢物填埋存在著占地面積大，滲濾液泄露污染環(huán)境的缺點(diǎn)。隨著東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠的繼續(xù)新建，污泥的妥善處置，特別是減量化、穩(wěn)定化、無害化的處理處置已成為東莞市污水處理中急需解決的重大問題。

東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的養(yǎng)分和重金屬分析鮮有報(bào)道，本研究選取東莞市7家城鎮(zhèn)污水處理廠，來分析污泥的養(yǎng)分和重金屬特征，采用Pearson相關(guān)性分析探討了污泥重金屬的相關(guān)性，并用單因子污染指數(shù)法評(píng)估了污泥重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以此為污泥資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

從2018～2019年，對(duì)東莞市7家城鎮(zhèn)污水處理廠每季度開展1次污泥采集，每次采樣量不小于1 kg，共56個(gè)樣品。這7家污水處理廠均為城鎮(zhèn)生活污水處理廠，污水處理工藝多為活性污泥法，包括改良A2/O工藝、MSBR工藝及氧化溝工藝，其設(shè)計(jì)處理規(guī)模共64萬t/d。

1.2 檢測方法

檢測項(xiàng)目包括pH值、含水率、有機(jī)物含量、總養(yǎng)分（總氮、總磷、總鉀）、重金屬（Cd、Pb、Cr、Hg、As、Cu、Zn、Ni），均采用《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》（CJ/T221-2005）進(jìn)行測定。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 污泥pH值、含水率、養(yǎng)分含量特征分析

城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥中含有大量有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分元素和多種植物生長所需的微量元素，有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量和減少化學(xué)肥料的使用[2-3]。

7家東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的pH值、含水率、養(yǎng)分含量的檢測結(jié)果詳見表1，污泥pH值在4.0～8.1之間，91%的樣本pH滿足園林綠化或土地改良的污泥酸堿度要求；污泥含水率在43.6%～79.8%之間。污泥中養(yǎng)分較為豐富，有機(jī)物含量及總養(yǎng)分均高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/ T 23486-2009）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)》（GB/T 24600-2009）中的限值要求。其中，有機(jī)物含量平均值為40.2%；總養(yǎng)分含量平均值為5.42%，由此得出，這7家污水處理廠污泥具有較高的農(nóng)用價(jià)值，適合于園林綠化、土地改良。但由于污泥含水率較高，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行脫水處理才能處置利用。

表1 污泥養(yǎng)分含量檢測結(jié)果匯總

2.2 污泥中重金屬含量特征分析

7家東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥重金屬含量詳見表2，結(jié)果表明，部分污泥中重金屬污染嚴(yán)重，對(duì)照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（GB 24188-2009）標(biāo)準(zhǔn)限值，Cd、Pb、Hg、As、Zn最大值均低于標(biāo)準(zhǔn)限值，Cr、Cu存在超過標(biāo)準(zhǔn)限值的情況，Ni的均值超過標(biāo)準(zhǔn)限值。Cr、Cu、Ni超標(biāo)率分別為18%、23%、45%。在污水處理過程中，有70%～90%的重金屬通過吸附或沉淀轉(zhuǎn)移到污泥中[4]，本次研究的部分污水處理廠進(jìn)水存在較多工業(yè)廢水，8種重金屬中Pb、As、Zn、Ni的變異系數(shù)均在50%～100%間，Cd、Cr、Hg、Cu的變異系數(shù)超過100%，表明污泥重金屬含量變化范圍較大。

表2 污泥中重金屬含量的檢測結(jié)果匯總

污泥中8種重金屬的含量呈現(xiàn)Cu＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Hg ＞Cd的分布順序特征，Cd含量低于全國平均水平，Pb含量與全國平均水平持平，Hg、As、Zn含量均高于全國平均水平，Cr、Cu、Ni含量均顯著高于全國平均水平。

根據(jù)研究，部分工業(yè)過程，如電鍍行業(yè)和電池制造行業(yè)會(huì)造成Cd和Hg的污染[5]，As主要來源是含As木材防腐劑和含As洗滌劑等，Zn、Cu可能與城市管網(wǎng)鍍Zn、鍍Cu管道的使用有關(guān)[5]。生活污水中Ni的主要來源有電鍍產(chǎn)品、電池等電子元器件的使用[6]，Cr主要來自不銹鋼的使用、防水布料和照相制版、皮革制劑、鞣革等[7]。本次研究涉及到的污水處理廠污泥中As、Cr、Cu、Ni含量偏高，與東莞市電子、制鞋等加工業(yè)發(fā)達(dá)特征相一致。

2.3 污泥中重金屬單因素污染指數(shù)分析

參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（GB 24188-2009）限值，按單因子污染指數(shù)法計(jì)算污泥重金屬污染物分擔(dān)率。計(jì)算公式如下：

單因子污染指數(shù)（1）；

Ci—第i項(xiàng)污染物的監(jiān)測值；

Si—第i項(xiàng)污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

污染物分擔(dān)率（2）

污泥重金屬污染物分擔(dān)率詳見表3，從表3可以看出，污泥中8種重金屬污染分擔(dān)率順序?yàn)椋篘i＞Cu＞Cr＞As＞Zn＞Cd＞Hg＞Pb，因此Ni、Cu為本次研究涉及的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的主要污染物。

表3 污泥中重金屬污染物的分擔(dān)率

2.4 污泥重金屬相關(guān)性分析

采用IBM公司出的統(tǒng)計(jì)軟件SPSS Statistic，版本號(hào)28的軟件系統(tǒng)對(duì)污泥重金屬數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，污泥重金屬之間Pearson的相關(guān)系數(shù)詳見表4。從表4可以看出，Cd、As與其他元素相關(guān)性均不顯著，Hg與Pb之間相關(guān)性顯著，Pb、Cr、Zn、Ni之間呈極顯著正相關(guān)，Cu與Cr之間呈極顯著正相關(guān)。

表4 污泥中重金屬Pearson相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

（1）本次研究涉及的東莞市7家城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中養(yǎng)分較為豐富，其中有機(jī)物含量平均值為40.2%，總養(yǎng)分含量平均值為5.42%，具有較高的農(nóng)用價(jià)值，適用于園林綠化及土地改良。由于含水率較高，應(yīng)進(jìn)一步脫水處理才可以處置利用。

（2）污泥中8種重金屬含量順序?yàn)镃u＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Hg＞Cd，且污泥8種重金屬中Pb、As、Zn、Ni的變異系數(shù)在50%～100%間，Cd、Cr、Hg、Cu的變異系數(shù)超過100%，污泥重金屬含量變化范圍較大。

（3）通過Pearson相關(guān)性分析，Cd、As與其他元素相關(guān)性不顯著，Hg與Pb之間相關(guān)性顯著，Pb、Cr、Zn、Ni之間呈極顯著正相關(guān)，Cu與Cr之間呈極顯著正相關(guān)。

（4）單因子污染指數(shù)法評(píng)估結(jié)果顯示，Cu、Ni的污染物分擔(dān)率占一半以上，這兩種重金屬為本次研究涉及的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中的主要污染物。由于污泥重金屬的釋放會(huì)造成土壤污染，也會(huì)帶來潛在的生態(tài)及健康風(fēng)險(xiǎn)。因此，在對(duì)污泥進(jìn)行資源化利用前，需降低其重金屬含量，特別是污泥中的Ni和Cu，避免產(chǎn)生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以此保證污泥資源化利用的安全性。