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(shí)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(xué)反應(yīng)對(duì)農(nóng)田的酸堿性有緩沖作用;另外，污泥中含有的大量有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分元素和多種植物生長(zhǎng)所需的微量元素，有利于提高作物產(chǎn)量和減少化學(xué)肥料的使用。然而，城市污水處理廠污泥物質(zhì)來(lái)源廣泛，污泥中可能同時(shí)含有大量病原菌、無(wú)機(jī)或有機(jī)的有毒污染物(如金屬微量元素和多環(huán)芳烴等)，具有毒性大、潛伏期長(zhǎng)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(huì)致使重金屬在土地農(nóng)用過(guò)程中可能產(chǎn)生生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)，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(cè)；資源化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

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(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》及行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，不包括柵渣、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(xué)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(xué)污泥在污水處理的深度處理因投加化學(xué)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(cè)及資源化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 檢測(cè)與分析方法

此實(shí)驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)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(jī)質(zhì)和氮磷鉀。pH和含水率采用梅特勒酸度計(jì)(S220 ，瑞士)和電子天平(MS204TS，瑞士)進(jìn)行測(cè)定;Cu、Cd、Zn、Pb、Ni和鉀采用原子吸收分光光度計(jì)(A3F-13 ，中國(guó))測(cè)定;As和Hg采用原子吸收分光光度計(jì)(AFS-9700 ，中國(guó))測(cè)定;Cr采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(Optima8300 ，美國(guó))測(cè)定;揮發(fā)酚、氰化物和氮磷采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(1810 ，中國(guó))測(cè)定;礦物油采用紅外分光測(cè)油儀(JDS-106U+，中國(guó))測(cè)定;多環(huán)芳烴采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(QP2020Ultra，日本)測(cè)定.為保證檢測(cè)工作質(zhì)量，本項(xiàng)目通過(guò)精密度控制(至少10%平行樣測(cè)試)、準(zhǔn)確度控制(加標(biāo)回收、標(biāo)準(zhǔn)參考物或質(zhì)控樣測(cè)試)、實(shí)驗(yàn)室空白測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)檢驗(yàn)等質(zhì)控措施，確保檢測(cè)樣品質(zhì)控率不低于10%.數(shù)據(jù)分析時(shí)，若標(biāo)準(zhǔn)差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于均值，可判定數(shù)據(jù)存在異常值，并對(duì)其進(jìn)行處理，所有數(shù)據(jù)和繪圖均采用Origin9.0 軟件和Excel2013 進(jìn)行處理和分析.

2.2 結(jié)果與討論

2.2.1 污泥重金屬相關(guān)性分析和來(lái)源

在污水污泥中，重金屬之間往往具有復(fù)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(dòng)和工業(yè)分布等，其次也會(huì)受到底層巖性的影響．采用Pearson相關(guān)分析法對(duì)污泥重金屬之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，從中可知，Pb和Cd(r=0.601)之間是呈強(qiáng)相關(guān)性，As和Cr(r=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(qiáng)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(dòng)所影響。

2.2.2 污泥重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法可以看出各種重金屬生態(tài)污染指數(shù)大小順序?yàn)?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 ．按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(dāng)?shù)臈l件下，其重金屬含量總體上對(duì)環(huán)境存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)。49 個(gè)污泥樣品中重金屬污染等級(jí)處于輕度污染(Ⅲ級(jí))及以下的樣品有29 個(gè)，處于中度污染等級(jí)的污泥樣品有14 個(gè)，處于重度污染等級(jí)的樣品有6 個(gè);處于重金屬中度污染等級(jí)的14 個(gè)污泥樣品中，有12 個(gè)污泥樣品的最大污染貢獻(xiàn)金屬為Hg，其余2 個(gè)污泥樣品的最大污染貢獻(xiàn)金屬分別為Pb和As;處于重金屬重度污染等級(jí)的6 個(gè)污泥樣品中，有2 個(gè)污泥樣品的最大污染貢獻(xiàn)金屬為Hg，其余4 個(gè)污泥樣品的最大污染貢獻(xiàn)金屬分別為Cu、Zn、Pb和Cr．綜上可見(jiàn)，重金屬Hg、Cu、Zn、Cr、Cd和As對(duì)生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，在污泥農(nóng)用于土壤前，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)重金屬的去除與治理，降低其含量值，尤其要重視對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較大重金屬的去除．采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)該市49 家污水處理廠污泥中重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)，各種重金屬潛在生態(tài)危害等級(jí)大小順序?yàn)?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(fù)合潛在生態(tài)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(jí)處于中等生態(tài)危害及以下的樣品有47 個(gè)，最大污染貢獻(xiàn)金屬分別為Hg、Cd和As，處于強(qiáng)生態(tài)危害的樣品均為2 個(gè)，最大污染貢獻(xiàn)金屬分別為Hg、Cr和Cu．由上可見(jiàn)，處于生態(tài)危害頂層的重金屬仍然主要為Hg、Cd、Cr和As，說(shuō)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(jiàn)，部分污水處理廠污泥雖然符合污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，但是綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明其農(nóng)用會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)合理選擇其他資源化方式，如焚燒或水泥窯協(xié)同處置。在符合《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB4284-2018)》A級(jí)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(qiáng)生態(tài)危害，符合B級(jí)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)，但是綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明其農(nóng)用會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)合理選擇污泥資源化方式。

結(jié)語(yǔ)

污泥土地利用時(shí)，嚴(yán)格控制污泥的有毒、有害物質(zhì)及病原微生物含量，使其達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);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(shí)殺滅病原微生物。根據(jù)其土壤背景值等情況，嚴(yán)格按照計(jì)算的污泥施用量進(jìn)行施用;使土地利用控制在安全施用量之下。同時(shí)整個(gè)利用區(qū)應(yīng)該建立嚴(yán)密的管理、監(jiān)測(cè)和監(jiān)控體系，關(guān)注區(qū)域內(nèi)的土壤、地下水、地表水、植物等相關(guān)因子的狀態(tài)和變化，使得污泥的土地利用更加安全有效，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)繁榮和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。