城镇污水处理厂污泥泥质监测及资源化风险评价

摘要：污泥作为污水处理厂的主要产物，产量非常大，急需有效且安全的处理方式，目前污泥的处理方式包括填埋、焚烧和土地利用。土地利用是污泥实现资源化的一种重要处置方法，也是目前最普遍的方式，剩余污泥微生物丰富，其新陈代谢可以使土壤的空隙增多，增加通气性和含水率，生物间的物理化学反应对农田的酸碱性有缓冲作用;另外，污泥中含有的大量有机质、氮磷钾养分元素和多种植物生长所需的微量元素，有利于提高作物产量和减少化学肥料的使用。然而，城市污水处理厂污泥物质来源广泛，污泥中可能同时含有大量病原菌、无机或有机的有毒污染物(如金属微量元素和多环芳烃等)，具有毒性大、潜伏期长和易在食物链中富集等特性。其中，重金属作为一种持久性潜在有毒污染物，不容易被微生物利用降解，会致使重金属在土地农用过程中可能产生生态危害风险，从而限制其大规模土地利用。

关键词：城镇污水处理厂；污泥泥质监测；资源化风险评价

引言

生活污水处理厂收集到的污水是城区综合生活污水、小工业废水与主城区外围地区部分工业废水及生活污水，而石油、化工、电镀、冶金等大工业生产废水自成系统，分别自建污水处理厂，将工业生产废水处理达到《污水综合排放标准》及行业排放标准后排放，故污水处理厂污泥中重金属含量水平不高。

1 污泥概述

污泥为在污水处理过程中产生的半固态或固态物质，不包括栅渣、浮渣和沉砂。根据污泥的产生的不同工艺环节将污泥大致分为:初沉污泥、活性污泥、化学污泥与消化污泥等，其中初沉污泥在污水处理的初沉系统经沉淀产生，活性污泥在污水处理的生反系统因微生物新存代谢产生，化学污泥在污水处理的深度处理因投加化学药剂产生，消化污泥为污泥经消化反应后形成的。

2 城镇污水处理厂污泥泥质监测及资源化风险评价

2.1 检测与分析方法

此实验检测项目包括pH、含水率、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As、Hg、Ni、矿物油、挥发酚、多环芳烃、有机质和氮磷钾。pH和含水率采用梅特勒酸度计(S220 ，瑞士)和电子天平(MS204TS，瑞士)进行测定;Cu、Cd、Zn、Pb、Ni和钾采用原子吸收分光光度计(A3F-13 ，中国)测定;As和Hg采用原子吸收分光光度计(AFS-9700 ，中国)测定;Cr采用电感耦合等离子体发射光谱仪(Optima8300 ，美国)测定;挥发酚、氰化物和氮磷采用紫外可见分光光度计(1810 ，中国)测定;矿物油采用红外分光测油仪(JDS-106U+，中国)测定;多环芳烃采用气相色谱质谱联用仪(QP2020Ultra，日本)测定.为保证检测工作质量，本项目通过精密度控制(至少10%平行样测试)、准确度控制(加标回收、标准参考物或质控样测试)、实验室空白测试和标准点检验等质控措施，确保检测样品质控率不低于10%.数据分析时，若标准差远远大于均值，可判定数据存在异常值，并对其进行处理，所有数据和绘图均采用Origin9.0 软件和Excel2013 进行处理和分析.

2.2 结果与讨论

2.2.1 污泥重金属相关性分析和来源

在污水污泥中，重金属之间往往具有复杂的相关关系，它们之间的关系主要由人为因素控制，如人类活动和工业分布等，其次也会受到底层岩性的影响．采用Pearson相关分析法对污泥重金属之间的相关性进行分析，从中可知，Pb和Cd(r=0.601)之间是呈强相关性，As和Cr(r=0.586)之间呈显著相关，Cr和Ni(r=0.478)之间是呈显著相关，Ni和As(r=0.523)之间是呈显著相关。Pb和Cd之间呈强相关关系、As和Cr之间的显著相关关系、Cr和Ni之间的显著相关关系和Ni和As之间的显著相关关系表明Pb和Cd可能具有同源污染物质，As、Cr和Ni可能受相同的人类活动所影响。

2.2.2 污泥重金属生态风险评价

采用内梅罗综合指数评价法可以看出各种重金属生态污染指数大小顺序为:Cr＞Hg＞Zn＞Ni＞Pb＞As＞Cu＞Cd，Cr的污染指数最高，为3.19 ，Cd污染指数最低，为0.19 ．按照评价标准，8 种重金属中有4 种污染水平为处于清洁;8 种重金属内梅罗综合污染指数为5.3 ，内梅罗加权综合污染指数为19.1 ，表明该市49 家污水处理厂污泥在处理不当的条件下，其重金属含量总体上对环境存在着一定的风险。49 个污泥样品中重金属污染等级处于轻度污染(Ⅲ级)及以下的样品有29 个，处于中度污染等级的污泥样品有14 个，处于重度污染等级的样品有6 个;处于重金属中度污染等级的14 个污泥样品中，有12 个污泥样品的最大污染贡献金属为Hg，其余2 个污泥样品的最大污染贡献金属分别为Pb和As;处于重金属重度污染等级的6 个污泥样品中，有2 个污泥样品的最大污染贡献金属为Hg，其余4 个污泥样品的最大污染贡献金属分别为Cu、Zn、Pb和Cr．综上可见，重金属Hg、Cu、Zn、Cr、Cd和As对生态环境风险较大，因此，在污泥农用于土壤前，应加强对重金属的去除与治理，降低其含量值，尤其要重视对风险较大重金属的去除．采用Hakanson潜在生态危害指数评价法对该市49 家污水处理厂污泥中重金属进行评价，各种重金属潜在生态危害等级大小顺序为:Hg＞Cr＞Cd＞As＞Pb＞Cu＞Ni＞Zn，其中，Hg金属潜在危害最大，为中等生态危害，其他7 种金属均为轻微生态危害。所有污水处理厂的复合潜在生态危害指数(RI和RI')为89.6 和240.4 ，显示污泥危害程度为中等，所有污泥样品中重金属污染等级处于中等生态危害及以下的样品有47 个，最大污染贡献金属分别为Hg、Cd和As，处于强生态危害的样品均为2 个，最大污染贡献金属分别为Hg、Cr和Cu．由上可见，处于生态危害顶层的重金属仍然主要为Hg、Cd、Cr和As，说明该市污水处理厂污泥中重金属，尤其是Hg、Cd和As等致癌重金属的控制应引起足够重视。由此可见，部分污水处理厂污泥虽然符合污泥农用标准，但是综合生态风险评价表明其农用会对环境造成一定的生态风险，应合理选择其他资源化方式，如焚烧或水泥窑协同处置。在符合《农用污泥污染物控制标准(GB4284-2018)》A级的9 家污水处理厂中，有1 家污水处理厂污泥属于重度污染和强生态危害，符合B级的35 家污水处理厂中，有3 家污水处理厂污泥属于重度污染和强生态危害，因此，部分污水处理厂污泥虽然符合污泥农用标准，但是综合生态风险评价表明其农用会对环境造成一定的生态风险，应合理选择污泥资源化方式。

结语

污泥土地利用时，严格控制污泥的有毒、有害物质及病原微生物含量，使其达到国家标准;特别注意污泥中重金属的含量，污泥经高温好氧堆肥处理后，堆肥中的重金属发生钝化，由有效性较高的结合形态向有效性较低的结合形态转化同时杀灭病原微生物。根据其土壤背景值等情况，严格按照计算的污泥施用量进行施用;使土地利用控制在安全施用量之下。同时整个利用区应该建立严密的管理、监测和监控体系，关注区域内的土壤、地下水、地表水、植物等相关因子的状态和变化，使得污泥的土地利用更加安全有效，促进地区经济繁荣和农业的可持续发展。