楊凌城市污泥重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及合理施用量研究

康軍 孫西寧

摘要

為科學(xué)確定污泥施用量和評(píng)價(jià)污泥中重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)重金屬不同形態(tài)的環(huán)境效應(yīng)引入毒性響應(yīng)系數(shù)確定了污泥的合理施用量，并采用單項(xiàng)污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)和地積累指數(shù)對(duì)污泥中重金屬的污染程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。初步確定楊凌城市污泥合理施用量為4.04 t/（hm2·a），Cd是限制該地區(qū)污泥施用的最主要因素，該方法突出了重金屬形態(tài)的重要性，彌補(bǔ)了以往對(duì)重金屬只進(jìn)行總量控制的不足。

關(guān)鍵詞污泥；重金屬；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；合理施用量；毒性響應(yīng)系數(shù)

中圖分類號(hào)S181.3；X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）28-09903-03

Environmental Risk Assessment of Heavy Metals and Rational Application Rate of Sewage Sludge in Yangling

KANG Jun1， SUN Xining2

（1. Magazine Company， Changan University， Xian， Shaanxi 710064； 2. College of Resources and Environment， Northwest A & F University， Yangling， Shaanxi 712100）

AbstractIn order to determine the sewage sludge application rate scientifically， the toxic response factor of different forms of heavy metals was applied. Single pollution index， Nemerow pollution index and Geoaccumulation pollution index was used to assess the environmental risk of heavy metals in sewage sludge. Rational application rate of sewage sludge in Yangling was 4.04 t/（hm2·a）， and Cd was the most important element to restrict application of sewage sludge in this area. This method stressed the importance of the forms of heavy metals and made up for the shortage of only controlling the total amount of heavy metals in the past.

Key words Sewage sludge； Heavy metal； Environmental risk assessment； Rational application rate； Toxic response factor

城市污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、N、P、K和植物生長(zhǎng)必需的微量元素，可以用于土壤改良和制作有機(jī)肥料。土地利用被認(rèn)為是城市污泥資源化利用的有效途徑，但污水處理過(guò)程中大量病原微生物、有機(jī)污染物和重金屬被濃縮到污泥中，成為限制污泥土地利用的重要因素[1-2]。重金屬無(wú)法被生物降解，可以長(zhǎng)期在土壤中存在，并具有累積效應(yīng)，是限制污泥農(nóng)用的最主要持久性污染物，一直備受關(guān)注。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)重金屬的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不僅與其總量有關(guān)，更重要的是重金屬的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)和生物有效性與其化學(xué)形態(tài)密切相關(guān)[3-4]。為此，發(fā)展起來(lái)以Tessier順序浸提法和BCR法等為代表的重金屬形態(tài)分級(jí)方法，用于進(jìn)行定量研究和獲得重金屬生物有效性或其毒性方面更準(zhǔn)確的信息。由于受土壤類型、作物種類、地形地貌和氣候因素等影響，如何合理確定城市污泥施用量和評(píng)價(jià)重金屬潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5-6]。

目前確定污泥施用量主要參考《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-84）[7]、《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）[8]、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-1995）[9]和美國(guó)EPA的污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)一般對(duì)重金屬采取總量控制，而忽略了重金屬形態(tài)的重要性。重金屬的不同形態(tài)表現(xiàn)出不同的生物毒性和環(huán)境行為，筆者認(rèn)為應(yīng)將重金屬按照不同形態(tài)引入毒性響應(yīng)系數(shù)后再與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較確定城市污泥合理施用量[10]，為此，筆者將在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)楊凌城市污泥重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及確定其合理施用量，以期為該地區(qū)城市污泥的土地利用提供理論依據(jù)。

1污泥來(lái)源與重金屬分析方法

1.1污泥來(lái)源

西北農(nóng)林科技大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)研究室對(duì)陜西省楊凌區(qū)城市污泥進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示該污泥富含植物養(yǎng)分，且重金屬含量很低，是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥源，可以經(jīng)過(guò)進(jìn)一步穩(wěn)定化處理后在農(nóng)田和林地施用[11-18]，這為該地區(qū)污泥土地利用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為此該研究選取楊凌城市污水處理廠二沉池的脫水污泥作為研究對(duì)象。

1.2污泥中重金屬分析方法

Sposito順序浸提法已被廣泛應(yīng)用于水體沉積物和土壤中重金屬形態(tài)分析[19]，該研究中選用該方法分級(jí)提取污泥的重金屬，具體操作步驟及對(duì)應(yīng)重金屬形態(tài)如表1所示。每個(gè)樣品設(shè)5個(gè)平行樣品和2個(gè)空白，取平均值作為最終結(jié)果，用原子吸收分光光度計(jì)（日立Z-5000）測(cè)定浸提液中的Zn、Cu、Ni、Pb、Cd，用分光光度法測(cè)定Cr和As，用冷原子熒光法測(cè)定Hg。

2 污泥重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 污泥中重金屬含量及形態(tài)分布

污泥中As和Hg未檢出，其余重金屬的含量如表2所示。由表2可知，污泥中Zn、Cu、Ni、Pb、Cd和Cr的總含量均低于美國(guó)USEPA503重金屬控制標(biāo)準(zhǔn)，與《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》[7]（土壤pH大于等于6.5）相比，Zn、Cu、Ni、Pb、Cd和Cr含量?jī)H為我國(guó)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的10.52%、8.87%、12.80%、6.03%、48.15%和11.44%。若僅從重金屬總量角度考慮，楊凌區(qū)城市污泥重金屬含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且我國(guó)污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)較其他國(guó)家嚴(yán)格，污泥農(nóng)用是比較安全的。