貴陽市城市污泥重金屬特征分析

岑國邀

（貴州師范大學貴州貴陽550025）

貴陽市城市污泥重金屬特征分析

岑國邀

（貴州師范大學貴州貴陽550025）

文章研究了貴陽市某污水處理廠污泥中重金屬鋅、銅、鉛、鉻、鎘的含量和形態特征。研究表明：污泥中Zn的含量最高為1463.34mg/kg，超出了國家排放標準限值。Cu、Pb、Cr、Cd含量均不超標。形態分析中，Zn在有機結合態含量比例最高為61.56%，Cu主要分布在有機結合態和殘渣態中，分別占52.97%、31.34%，在碳酸鹽結合態中幾乎沒有分布。Pb和Cr在五種形態中含量相對比較均勻。Cd在有機結合態分布相對較多，離子交換態和碳酸鹽結合態均有少量分布。重金屬潛在風險評價中Zn、Cd對環境污染潛在風險較高。污泥中Pb、Cr在離子交換態和碳酸鹽結合態濃度高、生物有效性大，易對生態環境能造成嚴重的危害，在污泥處理時應引起高度重視。

污泥；重金屬；形態特征；生態環境

1　引言

隨著我國城鎮化建設的深入，污水處理廠數量增加，污水處理效率提高，隨之產生了大量的副產物——污泥。我國對污泥的合理處置問題一直高度重視，當前我國對污泥的處理方法有衛生填埋、焚燒、土地有效利用等。污泥含有污水中的大部分污染物。污泥中不僅含有微生物生長所需的氮、鉀、磷等有機營養物質，同時也含有大量的重金屬污染物，如果對其處理不當將會引起嚴重的環境問題。污泥重金屬的危害在于它不能被微生物分解，并可以在微生物體內大量的富集，形成毒性更強的化合物并對人類造成健康威脅。污泥中重金屬的化學毒性不僅僅取決于其含量的多少，很大程度上與形態分布有關，不同重金屬形態分布不同其所表現出來的環境行為也不同。因此對污泥中重金屬的總量與形態分析成為了如何有效處理污泥的重要方法，污泥總量與形態分析是污泥合理處置的基礎，對污泥中重金屬的含量、各個形態分布研究分析可以為污泥處置和重金屬潛在風險評價提供合理的理論依據，從而更大程度上減少其對環境的二次污染。

2　實驗方法

2.1樣品采集與預處理

采集污水處理廠污泥樣品，帶回實驗室自然風干，去除雜質并混合均勻，采用四分法取樣，全部研磨過100目篩，測定含水率，然后進行烘干，采用對角線四分法取樣放入瓶中待用，取三個平行樣本。

2.2實驗方法

總量測定測定采用酸消解法，形態分析Tessi er的五步連續提取法，五步連續提起法將重金屬分為以下五種：碳酸鹽結合態、可交換離子態、鐵錳氧化物態、硫化物及有機結合態和殘渣態，研究表明前三種為不穩定態，后兩種為穩定態，而金屬污染物來源主要為前三種金屬形態。

樣品實驗中加入空白試樣，實驗誤差控制允許范圍內，本實驗均采用火焰原子吸收分光光度法分析污泥重金屬的含量與吸光度。

2.3數據處理

采用Microsoft Word軟件和Excel軟件進行數據匯總和處理。

2.4計算

污泥中重金屬總量，數值以（mg/kg）表示，按以下公式計算：

C－在標準曲線上查到的相應重金屬含量數值（mg/L）；

C0－在標準曲線查到的空白試樣相應重金屬含量（mg/L）；

V－試液定容的體積（mL）；

m－稱取試樣的質量（g）；

f－樣品的含水率，以小數表示；

計算結果保留小數點后兩位。

3　結果與分析

3.1污泥重金屬總量分析

在污泥中重金屬的含量有很大的差異，含量高低順序為：Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞Cd，其中鋅的含量最高，濃度為1463.34mg/kg，其次為鉻，含量為223.78mg/kg，與表3-2《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）比較，鋅和鉻在污泥中的含量都低于國家排放限值，而鎘的含量超過了酸性土壤所允許的最高值（土壤pH＜6.5），另外鉛、銅兩種重金屬的含量也在最高排放限值以內。

Zn的含量值遠高于《農用污泥中污染物控制標準》（GB4284-1984）所限定Zn的最高含量，很可能由于城市用水的輸送管都是鍍鋅管所致。所以此污泥不可農用。Zn含量最高值低于《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（CJ248-2007）限值，Cd在表3-3兩種標準中的酸性土壤屬于超標值，中性或堿性土壤中低于最高限定值，故此污泥可在中性或堿性土壤中作園林綠化用泥。從整體來看除了Zn、Cd含量超標以外，其余三種重金屬含量都在國家排放和農用限值內。重金屬的毒性不但與其含量多少有關，很大程度上，重金屬的毒性也取決于其在污泥中的賦存形態。

3.2重金屬形態含量分布

重金屬形態的不同表現出其潛在遷移性差別也不同，如污泥中的重金屬Cu其主要存在形態為有機結合態，其次是賦存在殘渣態，這兩種形態占重金屬總量的90%左右，重金屬Zn在污泥中則具有較強的生物有效性和遷移性；重金屬Pb主要以離子交換態和殘渣態存在；重金屬Cd在有機結合態占總量的30%左右。本文研究了五種重金屬在污泥中各個形態含量的差別。重金屬在各個形態中的含量并不均勻，如銅在離子交換態和碳酸鹽結合態含量非常低，而在有機結合態和殘渣態中的含量相對較高。鋅主要分布在有機結合態、鐵錳氧化態、殘渣態三種形態中。鉛、鉻在各個形態中的含量相對于比較均勻，鎘則主要存在鐵錳氧化鈦、有機結合態和殘渣態中。

Zn在有機結合態含量比例最高為61.56%，其次為鐵錳氧化態和殘渣態。這是因為污泥中含有的硫酸鹽等硫化物質被污泥中的部分還原菌分解轉化為S2-從而促使污泥中的重金屬由不穩定態向穩定態轉化，從而提高了重金屬在穩定態的含量；Cu主要分布在有機結合態、殘渣態中，分別占總量的52.97%、31.34%，而鐵錳氧化態也有一定的含量，三者含量比例占到總量的98.63%之多，在碳酸鹽結合態中幾乎沒有分布，說明Cu的活性高，所以在污泥處置中應引起高度重視；Pb在五種形態中含量相對比較均勻，每種形態含量差異不大；Cr的分布也相對平均，五種形態分布的含量都在20%左右；Cd主要還是分布在有機結合態、鐵錳氧化態、殘渣態三種形態，其中有機結合態含量最高為35.94%，然而不穩定態含量比例也達到18.33%。這是由于污泥的構成含有部分的微生物絮體，具有有利于重金屬離子表面吸附的較大的表面積，而這些被吸附的金屬離子容易轉移到水中，從而大大提高了不穩定態重金屬含量。

3.3重金屬潛在風險評價

為能更明顯的體現出重金屬對環境的潛在風險，本文采用單因子指數法對重金屬進行環境風險評價。計算公式如下：

式中Pi為污染指數；Ci為污染物測定值；Si為污染物標準限值。

當Pi≥1是表示有污染，當Pi＜1是表示無污染，具體的數值可直接反映污染物超標的程度。

結果表明排放標準重金屬在中或堿性土壤中，Zn污染指數最高為0.49，Zn、Cu、Pb、Cr、Cd的污染指數小于1，屬于無污染水平。從排放標準來看五種金屬的風險高低順序為Zn＞Cd＞Cr＞Pb＞Cu。酸性土壤Cd的污染指數最大為1.4，屬于超標水平，酸性土壤重金屬污染指數高地為Cd＞Zn＞Pb＞Cr＞Cu。中或堿性土壤中Zn表現出最高的環境污染風險。農用標準中酸性和中或堿性中Zn的污染指數最高分別為2.93、1.46，Cd為1.4、0.36，Zn在中或堿性土壤污染指數大于限定值1，Cd在酸性土壤污染指數指數大于1，Cd、Zn在污泥農用標準中已屬于污染水平，超出限定值較多，其余三種重金屬均小于1，屬于無污染水平，五種重金屬對環境污染潛在風險順序與污泥排放標準相同。園林綠化中Cd的環境污染指數在酸性土壤最高為1.43，在中或堿性土壤最高為0.36，其表現出對環境污染潛在風險最高，五種金屬對園林綠化環境潛在風險高低順序為Cd＞Zn＞Cr＞Pb＞ Cu。園林綠化標準中Cd在酸性土壤中屬于污染水平，中性或堿性土壤中屬無污染水平。

4　結語

4.1通過實驗可以看出污泥中重金屬含量有明顯差異，其中重金屬Zn的總含量最高，其次是Cr、Pb、Cu、Cd；而Zn的含量遠遠超過了我國規定的污泥農用標準，其余四種含量均不超標。

4.2在重金屬各形態分析中，五種重金屬在各形態含量變化也存在明顯的差異。Zn、Cu、Cd主要分布在穩定態中，Pb、Cr兩種重金屬分布相對較為均勻，由于Pb、Cr的生物有效性大并且對環境可以造成極大的危害，所以在污泥農用時須進行合理的處理。

4.3重金屬環境風險評價中Cd在酸性土壤中污染指數均大于1，所以污泥不可在酸性土壤中排放、農用、園林綠化。Zn在農用標準的酸、中或堿性土壤中均屬于污染水平，不適合農用，綜上所分析，污泥可在堿性土壤中排放和園林綠化處理。

4.4貴陽市某污水處理廠污泥中重金屬含量除Zn、Cd外都符合國家污泥農用排放最高限值，所以在農用之前應做穩定化處理，通過焚燒使其轉化殘渣態存在，也可以通過其他的化學方法、生物方法、植物修復手段進行處理。

［1］張麗麗，李花粉，蘇德純.我國城市污水處理廠污泥中重金屬分布特征及變化規律［J］.環境科學研究，2013，26（3）：313-319.

［2］晉王強，南忠仁，王勝利，等.蘭州市城市污水處理廠污泥中重金屬形態分布特征與潛在生態風險評價［J］.農業環境科學學報，2010，29（6）：1211-1216.

岑國邀，男，貴州黔南人，就讀于貴州師范大學，學生，研究重金屬污染方向。