城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)監(jiān)測及資源化風險評價

1、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)監(jiān)測及資源化風險評價摘要：污泥作為污水處理廠的主要產(chǎn)物，產(chǎn)量非常大， 急需有效且安全的處理方式，目前污泥的處理方式包括填埋、 焚燒和土地利用。土地利用是污泥實現(xiàn)資源化的一種重要處 置方法，也是目前最普遍的方式，剩余污泥微生物豐富，其 新陳代謝可以使土壤的空隙增多，增加通氣性和含水率，生 物間的物理化學反應(yīng)對農(nóng)田的酸堿性有緩沖作用;另外，污泥中含有的大量有機質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分元素和多種植物生長所需 的微量元素，有利于提高作物產(chǎn)量和減少化學肥料的使用。 然而，城市污水處理廠污泥物質(zhì)來源廣泛，污泥中可能同時 含有大量病原菌、 無機或有機的有毒污染物 （如金屬微量元素 和多環(huán)芳烴等

2、），具有毒性大、 潛伏期長和易在食物鏈中富集 等特性。其中，重金屬作為一種持久性潛在有毒污染物，不 容易被微生物利用降解，會致使重金屬在土地農(nóng)用過程中可 能產(chǎn)生生態(tài)危害風險，從而限制其大規(guī)模土地利用。關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠；污泥泥質(zhì)監(jiān)測；資源化風 險評價引言 生活污水處理廠收集到的污水是城區(qū)綜合生活污水、 小工業(yè)廢水與主城區(qū)外圍地區(qū)部分工業(yè)廢水及生活污水，而 石油、化工、電鍍、冶金等大工業(yè)生產(chǎn)廢水自成系統(tǒng)，分別 自建污水處理廠，將工業(yè)生產(chǎn)廢水處理達到污水綜合排放 標準及行業(yè)排放標準后排放，故污水處理廠污泥中重金屬 含量水平不高。1 污泥概述 污泥為在污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)， 不包

3、括柵渣、浮渣和沉砂。根據(jù)污泥的產(chǎn)生的不同工藝環(huán)節(jié) 將污泥大致分為 :初沉污泥、 活性污泥、 化學污泥與消化污泥 等，其中初沉污泥在污水處理的初沉系統(tǒng)經(jīng)沉淀產(chǎn)生，活性 污泥在污水處理的生反系統(tǒng)因微生物新存代謝產(chǎn)生，化學污 泥在污水處理的深度處理因投加化學藥劑產(chǎn)生，消化污泥為 污泥經(jīng)消化反應(yīng)后形成的。2 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)監(jiān)測及資源化風險評價2.1 檢測與分析方法此實驗檢測項目包括 pH 、含水率、 Cd 、Cr 、Cu 、Zn 、 Pb 、As 、 Hg 、Ni 、礦物油、揮發(fā)酚、多環(huán)芳烴、有機質(zhì)和 氮磷鉀。 pH 和含水率采用梅特勒酸度計 （S220 ，瑞士 ）和電 子天平 （MS204T

4、S ，瑞士 ）進行測定 ;Cu 、 Cd 、 Zn 、Pb、Ni 和鉀采用原子吸收分光光度計 （A3F-13 ，中國 ）測定 ;As 和 Hg 采用原子吸收分光光度計 （AFS-9700 ，中國 ）測定 ;Cr 采 用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 （Optima8300 ，美國 ）測定 ;揮發(fā)酚、氰化物和氮磷采用紫外可見分光光度計 （1810 ，中 國）測定;礦物油采用紅外分光測油儀（JDS-106U+ ，中國 ）測定;多環(huán)芳烴采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（QP2020Ultra ，日本 ）測定 .為保證檢測工作質(zhì)量，本項目通過精密度控制（至少 10%平行樣測試 ）、準確度控制 （ 加標回收、標準參考

5、物或質(zhì)控樣 測試 ）、實驗室空白測試和標準點檢驗等質(zhì)控措施，確保檢測樣品質(zhì)控率不低于 10%. 數(shù)據(jù)分析時，若標準差遠遠大于均 值，可判定數(shù)據(jù)存在異常值，并對其進行處理，所有數(shù)據(jù)和 繪圖均采用 Origin9.0 軟件和 Excel2013 進行處理和分析 .2.2 結(jié)果與討論污泥重金屬相關(guān)性分析和來源 在污水污泥中，重金屬之間往往具有復雜的相關(guān)關(guān)系， 它們之間的關(guān)系主要由人為因素控制，如人類活動和工業(yè)分 布等， 其次也會受到底層巖性的影響 采用 Pearson 相關(guān)分 析法對污泥重金屬之間的相關(guān)性進行分析，從中可知， Pb 和 Cd（r=0.601） 之間是呈強相關(guān)性， As 和 Cr（r=

6、0.586） 之間 呈顯著相關(guān)， Cr 和 Ni（r=0.478） 之間是呈顯著相關(guān)， Ni 和 As（r=0.523） 之間是呈顯著相關(guān)。 Pb 和 Cd 之間呈強相關(guān)關(guān) 系、As和Cr之間的顯著相關(guān)關(guān)系、Cr和Ni之間的顯著相關(guān)關(guān)系和 Ni 和 As 之間的顯著相關(guān)關(guān)系表明 Pb 和 Cd 可能 具有同源污染物質(zhì)， As、 Cr 和 Ni 可能受相同的人類活動所 影響。2.2.2 污泥重金屬生態(tài)風險評價 采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評價法可以看出各種重金屬生態(tài) 污染指數(shù)大小順序為:Cr Hg Zn Ni Pb As Cu Cd ，Cr 的污染指數(shù)最高，為 3.19 ，Cd 污染指數(shù)最低，為 0.19

7、 按照評價標準， 8 種重金屬中有 4 種污染水平為處 于清潔 ;8 種重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為 5.3 ，內(nèi)梅羅加 權(quán)綜合污染指數(shù)為 19.1 ，表明該市 49 家污水處理廠污泥 在處理不當?shù)臈l件下，其重金屬含量總體上對環(huán)境存在著一 定的風險。 49 個污泥樣品中重金屬污染等級處于輕度污染 （川級）及以下的樣品有 29個，處于中度污染等級的污泥樣 品有 14 個，處于重度污染等級的樣品有 6 個;處于重金屬 中度污染等級的 14 個污泥樣品中，有 12 個污泥樣品的最 大污染貢獻金屬為 Hg ，其余 2 個污泥樣品的最大污染貢獻 金屬分別為Pb和As;處于重金屬重度污染等級的 6個污泥 樣

8、品中，有2個污泥樣品的最大污染貢獻金屬為Hg，其余4 個污泥樣品的最大污染貢獻金屬分別為 Cu、Zn、Pb 和 Cr .綜上可見，重金屬 Hg、Cu、Zn、Cr、Cd和As對生 態(tài)環(huán)境風險較大，因此，在污泥農(nóng)用于土壤前，應(yīng)加強對重 金屬的去除與治理，降低其含量值，尤其要重視對風險較大 重金屬的去除. 采用 Hakanson 潛在生態(tài)危害指數(shù)評價法對 該市 49 家污水處理廠污泥中重金屬進行評價，各種重金屬 潛在生態(tài)危害等級大小順序為:Hg Cr Cd As Pb Cu Ni Zn ,其中，Hg金屬潛在危害最大，為中等生態(tài)危害， 其他 7 種金屬均為輕微生態(tài)危害。 所有污水處理廠的復合潛 在生態(tài)

9、危害指數(shù)(RI和RI)為89.6和240.4 ,顯示污泥危害 程度為中等，所有污泥樣品中重金屬污染等級處于中等生態(tài) 危害及以下的樣品有 47 個，最大污染貢獻金屬分別為 Hg 、 Cd 和 As ，處于強生態(tài)危害的樣品均為 2 個，最大污染貢獻 金屬分別為 Hg、Cr和Cu .由上可見，處于生態(tài)危害頂層 的重金屬仍然主要為 Hg、Cd、Cr和As，說明該市污水處 理廠污泥中重金屬，尤其是 Hg 、 Cd 和 As 等致癌重金屬的 控制應(yīng)引起足夠重視。由此可見，部分污水處理廠污泥雖然 符合污泥農(nóng)用標準，但是綜合生態(tài)風險評價表明其農(nóng)用會對 環(huán)境造成一定的生態(tài)風險，應(yīng)合理選擇其他資源化方式，如 焚燒

10、或水泥窯協(xié)同處置。在符合農(nóng)用污泥污染物控制標準 (GB4284-2018) A 級的 9 家污水處理廠中，有 1 家污水 處理廠污泥屬于重度污染和強生態(tài)危害，符合 B 級的 35 家 污水處理廠中， 有 3 家污水處理廠污泥屬于重度污染和強生 態(tài)危害， 因此，部分污水處理廠污泥雖然符合污泥農(nóng)用標準， 但是綜合生態(tài)風險評價表明其農(nóng)用會對環(huán)境造成一定的生 態(tài)風險，應(yīng)合理選擇污泥資源化方式。結(jié)語 污泥土地利用時，嚴格控制污泥的有毒、有害物質(zhì)及 病原微生物含量， 使其達到國家標準 ;特別注意污泥中重金屬 的含量，污泥經(jīng)高溫好氧堆肥處理后，堆肥中的重金屬發(fā)生 鈍化，由有效性較高的結(jié)合形態(tài)向有效性較低的結(jié)合形態(tài)轉(zhuǎn) 化同時殺滅病原微生物。根據(jù)其土壤背景值等情況，嚴格按 照計算的污泥施用量進行施用 ;使土地利用控制在安全施用 量之下。同時整個利用區(qū)應(yīng)該建立嚴密的管理、監(jiān)測和監(jiān)控 體系，關(guān)注區(qū)