貴州省污水處理廠污泥中重金屬形態(tài)分布及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

文 竹，李 江,，王 興，張青青(.貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié) 55700；.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 55005)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市生活污水的排放量和處理比例也快速增加，城市污泥中重金屬的含量因城市的工業(yè)布局、地理位置、城市性質(zhì)等不同而存在很大的差異[1,2]。據(jù)環(huán)境保護(hù)部2010年統(tǒng)計(jì)年報(bào)：2010年我國(guó)有城市污水處理廠2 881座，日處理污水1.23×107t[3-5]；截至2011年3月底，全國(guó)各市、縣累計(jì)建成城鎮(zhèn)污水處理廠2 996座，處理能力達(dá)到1.33 億m3/d，由此將產(chǎn)生大量的污泥，因此在城市污水處理比例不斷增加的同時(shí)，也面臨巨大的城市污水處理廠污泥(簡(jiǎn)稱污泥)處理壓力[4,6]。由于污泥來(lái)源于各種工業(yè)和生活污水，不可避免地含有一些對(duì)環(huán)境和生物有害的物質(zhì)，其中重金屬由于具有易富集、難遷移、危害大等特點(diǎn)，一直是限制污泥農(nóng)業(yè)可有效利用的主要因素，污泥中的重金屬污染也是土壤重金屬污染的主要來(lái)源[7,8]。因此，在污泥可有效利用前需獲得污泥中重金屬的環(huán)境效應(yīng)并評(píng)估其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

目前對(duì)于我國(guó)城市污泥中重金屬含量的研究中， 對(duì)于我國(guó)東南部等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市污水處理廠污泥處理、處置，污泥中重金屬的形態(tài)分布及其對(duì)植物的毒性效應(yīng)或富集效應(yīng)研究較多，而對(duì)于貴州經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)城市，污水處理廠污泥中重金屬元素的相關(guān)研究較少[9,10]。為了掌握貴州省污水處理廠污泥中重金屬污染特征及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，本文以貴州省7個(gè)城市(銅仁、貴陽(yáng)、興義、遵義、凱里、六盤(pán)水和畢節(jié))的21家污水處理廠為調(diào)研對(duì)象，采集各廠的脫水污泥進(jìn)行重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)及養(yǎng)分的測(cè)定，分析貴州省污水處理廠污泥中重金屬分布特點(diǎn)，與污泥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較的同時(shí)，采用修正的BCR法和地累積指數(shù)(Igeo)、單一金屬生態(tài)潛在風(fēng)險(xiǎn)因子(Eir)、多金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)法，研究了城市污水處理廠污泥的養(yǎng)分和污泥中重金屬的形態(tài)分布特征，并對(duì)其進(jìn)行了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為貴州省乃至全國(guó)污水處理和污泥資源化利用中重金屬污染控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2015年6-9月分別在貴州省銅仁、貴陽(yáng)、興義、遵義、凱里、六盤(pán)水和畢節(jié)7個(gè)城市選取污水廠采集終端污泥，每個(gè)城市選取3個(gè)污水廠，總共21個(gè)污水廠，21個(gè)污水廠污泥排放量占貴州省污水廠污泥排放量的80%以上，可以代表貴州省目前污泥重金屬的整體污染水平。樣品(采樣點(diǎn))選擇在各污水處理廠污泥脫水車(chē)間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的脫水機(jī)出泥口，采集不同脫水機(jī)出泥口的樣品并將其混合，混合樣品的質(zhì)量不少于2 kg；根據(jù)多點(diǎn)采樣的原則在污泥堆放場(chǎng)地進(jìn)行采樣，以確保每種污泥采集方法收集的污泥樣品均具有代表性。采集的污泥用錫箔紙包裹放入潔凈密實(shí)袋，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存以待檢測(cè)。

1.2 污泥樣品預(yù)處理

1.2.1儀器和試劑

儀器：電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS，Agilent 7500，USA)；微波消解儀(美國(guó)CEM公司)；消解罐；聚四氟乙烯坩堝；恒溫電熱板；亞沸蒸餾器(Berghof BSB-939-IR，German)；電子天平(German，精確至0.000 1 g)；100 mL容量瓶；玻璃漏斗；定量濾紙。

試劑：去離子水；濃硝酸(Q=1.42 g/mL，優(yōu)級(jí)純)；超純水儀(Milli-Q，F(xiàn)rance)；硝酸(經(jīng)亞沸蒸餾器二次蒸餾酸)；氫氟酸(超純，上海試劑一廠)；高氯酸(優(yōu)級(jí)純，天津東方化工試劑廠)。

1.2.2污泥中養(yǎng)分的測(cè)定

污泥pH測(cè)定采用1∶2.5水土比浸提pH玻璃電極法；污泥有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法；污泥全磷用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；污泥全氮用全自動(dòng)凱氏定氮法；污泥全鉀采用火焰分光光度計(jì)法[10]。

1.2.3污泥中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，碾磨并過(guò)60目篩，稱取約0.500 0 g加工好的樣品(精確到0.000 1 g)經(jīng)HClO4-HNO3-HF硝化處理，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)內(nèi)標(biāo)法測(cè)定土壤Zn、Cd、Pb、Cu含量，采用冷原子吸收微分測(cè)儀、為ICP配置氫化物發(fā)生器，確保所需儀器的靈敏度。同時(shí)取土壤樣品0.250 0 g(精確到0.000 1g)于25 mL比色管中，加入新配(1+1)王水10 mL，于沸水浴中加熱2 h，其間要充分振搖兩次，冷卻至室溫后加入10 mL保存液，用稀釋液定容，搖勻，該消解液用來(lái)測(cè)定Hg。取靜置后的消解溶液5.00 mL于另一25 mL比色管中，加入50 g/L的硫脲溶液2.5 mL，鹽酸2.5 mL，定容至25 mL，該溶液用來(lái)測(cè)定As。ICP-MS的精確度在2%以下，回收率為95%以上，測(cè)定偏差控制在9%內(nèi)，每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行樣(測(cè)定數(shù)據(jù)為3次的平均值)[7]。污泥中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式[11,12]：

式中：w為污泥中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(干基)，mg/kg；M為所測(cè)定的某種重金屬；c為ICP-MS測(cè)定預(yù)處理樣品得到的重金屬質(zhì)量濃度，mg/L；n為ICP-MS測(cè)定時(shí)預(yù)處理樣品的稀釋倍數(shù)；m為污泥樣品質(zhì)量，kg；v為定容體積，L。

1.2.4污泥中重金屬化學(xué)浸提試驗(yàn)

采用修正的BCR法[13,14]分析污泥中重金屬形態(tài)及對(duì)應(yīng)組分含量，此方法將污泥中的重金屬分為5種化學(xué)形態(tài)，分別為水溶態(tài)(T1)、酸溶/可交換態(tài)(T2)、可還原態(tài)(T3)、可氧化態(tài)(T4)和殘?jiān)鼞B(tài)(T5)。準(zhǔn)確稱取0.500 0 g過(guò)篩污泥，放入50 mL聚丙烯離心管中，按表1中的浸提條件和步驟進(jìn)行浸提，使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測(cè)定上清液中重金屬濃度。每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行樣，每個(gè)批次實(shí)驗(yàn)設(shè)置空白樣品。

表1 修正的BCR連續(xù)提取步驟[13]

1.3 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)方法

(1)單因子指數(shù)法[14,15]。

Pi=Ci/Si

(1)

式中：Pi為污染指數(shù)；Ci為污染物實(shí)測(cè)值；Si為污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；i代表某種污染物。

(2)N.L.Nemerow綜合污染指數(shù)法[15]。

Pt={[(Ci/Si)2max+(Ci/Si)2ave]/2}1/2

(2)

表2 土壤質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[14,15]

(3)Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法[16]。不同重金屬對(duì)人體健康產(chǎn)生的危害不同，即使在污泥中濃度相同，其產(chǎn)生的危害也有差別。針對(duì)于這點(diǎn)，瑞典科學(xué)家Hakanson在1980年建立了一套評(píng)估重金屬污染與生態(tài)危害的方法，將重金屬元素的生態(tài)效應(yīng)環(huán)境效應(yīng)及毒理學(xué)聯(lián)系起來(lái)，較純粹采用重金屬元素污染程度更好地反映重金屬元素的潛在危害。其計(jì)算公式為:

(3)

式中：Ei為第i種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)；Ti為第i種重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)(表3)；Ci為第i種重金屬的測(cè)定濃度，mg/kg；Co為重金屬元素的參比值，mg/kg(表3)。

表3 重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)及其參比值

不同重金屬?gòu)?fù)合生態(tài)危害指數(shù)(RI)的計(jì)算公式為：

RI=∑Ei

(4)

根據(jù)Ei與RI值大小，對(duì)Hakanson提出的重金屬生態(tài)危害程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整(表4)。

表4 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(4)地累積指數(shù)法(Igeo)[16]。地累積指數(shù)法是從環(huán)境地球化學(xué)的角度出發(fā)評(píng)價(jià)污泥中重金屬的污染，除考慮到的人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值外，還考慮到工業(yè)可能引起的背景值變動(dòng)的因素，彌補(bǔ)了同類其他評(píng)價(jià)法的不足，因此在歐洲被廣泛采用，目前也應(yīng)用于土壤中元素的污染評(píng)價(jià)。其計(jì)算公式如下：

Igeo=log2[Cn/(kBn)]

(5)

式中：Cn為元素n在污泥中的含量(實(shí)測(cè)值)；Bn為工業(yè)前該元素的地球化學(xué)背景值，取k值為1.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州省污水處理廠污泥重金屬含量

由表6可知，貴州省污水處理廠污泥中8種重金屬元素平均含量的大小順序?yàn)镸n>Cu>Zn>Pb>Cr>Ni>As>Cd，其中Mn為115.8～653.2 mg/kg，Cu為152.7～513.4 mg/kg，Zn為75.2～431.7 mg/kg，Pb為92.7～245.7 mg/kg，Cr為91.3～231.8 mg/kg，Ni為43.2～152.7 mg/kg，As為15.4～53.2 mg/kg，Cd為1.5～5.6 mg/kg。其中Mn和Cu占重金屬總量比例最高，Cd占重金屬總量比例最小。污水處理廠污水來(lái)源不同，各類重金屬污染水平差異所導(dǎo)致的，Zn含量高可能與貴州城市排水管道大多采用鍍Zn材料有關(guān)，Mn和Cu含量高可能與進(jìn)水中含有電鍍、化工、機(jī)械加工、制革等工業(yè)污水有關(guān)。各城市污水廠污泥重金屬污染程度基本表現(xiàn)為：貴陽(yáng)和銅仁污染程度較高，而畢節(jié)和凱里污染程度較低，這與城市污水廠的工業(yè)廢水有關(guān)，工業(yè)廢水中重金屬含量變化較大。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，遵義市污水廠中3次采樣的重金屬含量相對(duì)穩(wěn)定，這與污水廠主要處理生活污水有關(guān)，生活污水中重金屬含量變化幅度相對(duì)較小，而貴陽(yáng)和銅仁污水廠污泥中重金屬含量差異較大。

表5 重金屬地累積指數(shù)與污染程度分級(jí)

在互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)，其最突出的特點(diǎn)就是整合了產(chǎn)業(yè)鏈的各種特色。以運(yùn)營(yíng)商為中心，產(chǎn)業(yè)鏈中的每一個(gè)廠商都有屬于自己的業(yè)務(wù)，同時(shí)也在向上游、下游延伸和滲透，每個(gè)廠商的定位越來(lái)越模糊。而諾基亞卻沒(méi)能夠抓住這一點(diǎn)，其沒(méi)有主動(dòng)與產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)環(huán)節(jié)主動(dòng)合作，也就沒(méi)能形成自己的影響力。

表6 貴州省污水處理廠污泥重金屬含量 mg/kg

注：同列數(shù)據(jù)中的不同的字母表示有顯著差異(p<0.05)，下同。

《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)規(guī)定了污水處理廠污染物控制限值，由表6可知，本研究中貴州省污水處理廠污泥中平均Pb、Ni、Mn和Cd含量超出了限值范圍內(nèi)，基本不符合污泥排放標(biāo)準(zhǔn)，其他重金屬均符合污泥排放標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于不同城市污水處理廠污泥中金屬污染而言，貴陽(yáng)和銅仁污水處理廠污泥中Cr、Cu均有超標(biāo)，而貴州省各城市污水處理廠污泥平均Mn含量均嚴(yán)重超標(biāo)，屬于重度污染；遵義、貴陽(yáng)、銅仁、興義和六盤(pán)水Pb含量超標(biāo)；除了凱里和遵義，貴州省其他城市Cd含量均超標(biāo)，貴州省各城市As和Zn含量均未超標(biāo)。

2.2 貴州省污水處理廠污泥理化性質(zhì)

依據(jù)《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》(CJ/T221-2005)測(cè)定pH，w(有機(jī)質(zhì))，w(全氮)、w(全磷)和w(全鉀)，貴州省不同城市污水處理廠脫水污泥的理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分含量見(jiàn)表7，由表可知，貴州省污水廠污泥pH值范圍是5.3～6.3(均值5.8)，略顯酸性，符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T309-2009)要求，污泥中有機(jī)質(zhì)和全氮含量符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T309-2009)，全磷和全鉀含量略低于全國(guó)水平，其污泥呈現(xiàn)高有機(jī)質(zhì)、高氮的特點(diǎn)，具備良好的農(nóng)業(yè)和土壤改良的潛在利用前景。

相關(guān)分析可知(表8)，貴州省污水處理廠污泥中pH與重金屬均呈相關(guān)；有機(jī)質(zhì)含量與Cu、Ni、Pb和Zn呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，與Cr、Mn和As呈顯著正相關(guān)(p<0.05)；全磷與Ni呈顯著的正相關(guān)(p<0.01)，與其他各重金屬含量均沒(méi)有一定的相關(guān)性(p>0.05)；全鉀與Cr和Ni呈顯著正相關(guān)(p<0.05)；由此可知有機(jī)質(zhì)是影響這些重金屬含量的主要因素，而有機(jī)質(zhì)的這種特性并非適用于所有的重金屬，主要是由于不同的重金屬的化學(xué)性質(zhì)有差異，往往對(duì)其所結(jié)合的位點(diǎn)具有一定的選擇性，即只與其化學(xué)性質(zhì)相匹配的位點(diǎn)相結(jié)合，受此影響，某些重金屬元素與總有機(jī)質(zhì)在分布特征上并不一定有必然的聯(lián)系。通過(guò)以上分析說(shuō)明，有機(jī)質(zhì)含量是決定貴州省污水處理廠污泥重金屬元素分布的主要因素。

表7 貴州省污水處理廠污泥理化性質(zhì)

表8 貴州省污水處理廠污泥重金屬與污泥理化性質(zhì)之間的關(guān)系

注：“**”相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙尾)；“*”相關(guān)性在0.05水平上顯著(雙尾)。

2.3 貴州省城市污泥中重金屬的形態(tài)分布

重金屬的生物毒性不僅與其總量有關(guān)，更大程度上由其形態(tài)分布所決定，不同的形態(tài)產(chǎn)生不同的環(huán)境效應(yīng)，直接影響到重金屬的毒性、遷移及在自然界的循環(huán)[17]。因此，研究重金屬的形態(tài)分布可提供更為詳細(xì)的重金屬元素遷移性和生物可利用性的信息。根據(jù)歐共體參比司提出的三態(tài)連續(xù)提取法，可將重金屬劃分為酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘余態(tài)[18]。其中，酸可提取態(tài)相當(dāng)于交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)的總和，這些組分與土壤結(jié)合較弱，具最大的可移動(dòng)性和生物有效性，在酸性條件下易釋放。可還原態(tài)重金屬一般以較強(qiáng)的結(jié)合力吸附在土壤中的鐵錳氧化物上，在還原條件下較易釋放?？裳趸瘧B(tài)重金屬主要是有機(jī)物和硫化物結(jié)合的重金屬，這部分重金屬在有機(jī)物被氧化時(shí)有被溶出的風(fēng)險(xiǎn)。殘余態(tài)一般稱為非有效態(tài)，因?yàn)檫@部分重金屬在自然條件下，不易釋放出來(lái)[17,19]。本研究采用修正的BCR連續(xù)提取法提取8種污泥中重金屬的形態(tài)(水溶態(tài)T1、酸溶可交換態(tài)T2、可還原態(tài)T3、可氧化態(tài)T4和殘?jiān)鼞B(tài)T5)。其中，T1與T2之和用于評(píng)估污泥中重金屬的遷移性，T1、T2、T3之和用于評(píng)估污泥中重金屬的生物有效性，由于污泥進(jìn)入土壤環(huán)境后，污泥中有機(jī)物會(huì)隨環(huán)境條件變化而轉(zhuǎn)化，與有機(jī)物相結(jié)合的重金屬會(huì)被釋放出來(lái)，因此，在評(píng)估污泥中重金屬在環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)除前3種形態(tài)含量外還需考慮T4的含量，T5只有在極端環(huán)境條件下才會(huì)被釋放出來(lái)，在自然條件下，T5被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境無(wú)污染風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 貴州省城市污泥中重金屬的形態(tài)分布

各污泥中重金屬5種形態(tài)百分含量如圖1所示，由圖1可知，貴州省污泥樣品中Cu和Cr主要以酸溶可交換態(tài)形式存在，顯示出污泥中Cu和Cr對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)具有一定的累積效應(yīng)；Pb和Cd主要以水溶態(tài)形式存在，表明Pb和Cd主要以與污泥中水溶性有機(jī)物結(jié)合形式存在；As和Zn則主要是以可氧化態(tài)和可還原態(tài)存在，表現(xiàn)較高的潛在移動(dòng)性和生物可利用性，極大威脅著土壤環(huán)境的生態(tài)安全；Ni較均勻地分布于5種形態(tài)中，表明污泥中Ni的富集受到了污泥吸附、吸收、有機(jī)物螯合和結(jié)晶化合物固定等物理化學(xué)作用，由于各污泥中Ni前4種形態(tài)(水溶態(tài)T1、酸溶可交換態(tài)T2、可還原態(tài)T3、可氧化態(tài)T4)含量比例均低于80%，且其總量略與土壤背景值相當(dāng)，因此，Ni在土壤環(huán)境中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較Cu、Cr、Zn低。污泥中水溶態(tài)(自由離子態(tài)、水溶性有機(jī)物結(jié)合態(tài))重金屬離子被認(rèn)為對(duì)土壤環(huán)境中植物危害性最大且易污染地表水。圖1中還顯示，Zn和Ni的水溶態(tài)差異較大，表明各污泥對(duì)Zn和Ni吸附吸收作用差異較大；Cr的水溶態(tài)較低，表明Cr主要以非水溶性化合物形式存在；Cd有部分殘余態(tài)，但其酸可提取態(tài)占有一定的比例，因此要注意在其在酸性條件下的釋放。綜上所述，貴州省污泥中重金屬的不穩(wěn)定態(tài)所占比例較高，主要是由于生化污泥由微生物絮體構(gòu)成，具有較大比表面積，有利于重金屬離子的表面弱吸附，這些弱吸附態(tài)的金屬離子易于重新釋放到水溶液中，從而導(dǎo)致生化污泥中重金屬的活性高于其他污泥[20]。因此，建議貴州省污泥采用相關(guān)的消化處理以降低污泥中重金屬的生物活性，進(jìn)一步提高污泥土地利用的價(jià)值。

重金屬的生物活性系數(shù)是易利用態(tài)與總量之間的比率，反映不同重金屬被生物利用，進(jìn)而對(duì)環(huán)境構(gòu)成潛在危害的能力[21,22]。由圖1可知，貴州省污泥中5種重金屬生物活性系數(shù)大小依次為Ni>Cu>Mn>Cr>As>Zn>Cd>Pb，表明Cu、Ni在污泥中表現(xiàn)出相對(duì)較高的不穩(wěn)定性和可利用性，而作為兩種毒性較強(qiáng)的重金屬Pb、Cd在污泥中穩(wěn)定性好，生物可利用性低，這是因?yàn)橘F州省污泥經(jīng)厭氧消化后污泥中所含的硫酸鹽等含硫化物可被硫酸鹽還原菌轉(zhuǎn)化成S2-，可促進(jìn)重金屬由不穩(wěn)定態(tài)向硫化物穩(wěn)定態(tài)的形式轉(zhuǎn)化，使污泥中重金屬的穩(wěn)定性提高。此外，Mn和Cr也表現(xiàn)出較高的生物活性，其潛在的遷移性和植物毒性在污泥利用時(shí)應(yīng)給予關(guān)注。

2.4 貴州省污水處理廠污泥重金屬污染程度分析

由表9可知，各污泥對(duì)應(yīng)的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)可以看出，貴州省污水廠污泥中重金屬總體上對(duì)環(huán)境存在嚴(yán)重的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，由于內(nèi)梅羅指數(shù)不僅考慮到各種影響參數(shù)的平均污染狀況，而且特別強(qiáng)調(diào)了污染最嚴(yán)重的因子，同時(shí)在加權(quán)過(guò)程中避免了權(quán)系數(shù)中主觀因素的影響，克服了平均值法各種污染物分擔(dān)的缺陷，能較好反映污泥總體上的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[2,3,23]。從整個(gè)調(diào)查區(qū)域范圍來(lái)看，重金屬Cr、Ni、As單因子污染系數(shù)均值均小于1，屬于低污染水平；污染系數(shù)均值由大到小依次為Cd>Pb>Cu>Mn>Zn>Cr>Ni>As，由此可知，Cd、Pb和Cu是整個(gè)貴州省污水處理廠污泥中最主要的環(huán)境污染因子；從綜合污染指數(shù)來(lái)看，貴州省各城市污泥均達(dá)到重度污染。

表9 污泥中重金屬污染單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

2.5 貴州省污水處理廠污泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

經(jīng)計(jì)算可知，貴州省污水廠污泥中重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)(Ei)與復(fù)合生態(tài)危害指數(shù)(RI)如表10所示。由表可知，貴州省各城市污水廠污泥中重金屬危害指數(shù)(Ei)基本表現(xiàn)為：Cd>Pb>As>Ni>Mn>Zn>Cu>Cr，其中毒害性最強(qiáng)的是Cd，其最大危害指數(shù)為135.2(銅仁污水廠污泥)，處于重危害范圍(80貴陽(yáng)>興義>遵義>凱里>六盤(pán)水>畢節(jié)。各污水廠中，銅仁污水廠污泥重金屬污染的危害值最大(707.3)，其復(fù)合危害指數(shù)處于嚴(yán)重危害水平，貴陽(yáng)污水廠污泥重金屬污染的危害值次之(423.7)，其復(fù)合危害指數(shù)處于重危害水平，其污泥不建議農(nóng)業(yè)利用，其他城市污水廠復(fù)合危害指數(shù)處于中等危害水平(RI<150)。

2.6 貴州省污水處理廠污泥地累積指數(shù)評(píng)價(jià)

貴州省污水處理廠地累積指數(shù)(Igeo)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表11，由表可知，貴州省各城市污水處理廠污泥Cu和Zn污染均較輕，均表現(xiàn)為輕度污染，說(shuō)明貴州省污水處理廠Cu和Zn污染受黏質(zhì)沉積巖中該元素的地球化學(xué)背景值影響較小，主要是人類活動(dòng)造成，而其他重金屬的地累積指數(shù)較高，各城市之間的地累積指數(shù)差異較大，其中以銅仁和貴陽(yáng)重金屬地累積指數(shù)較高，污染程度較高，而其他城市地累積指數(shù)相對(duì)較低。從均值來(lái)看，Cu、Ni、As和Zn屬于輕度污染，Cr和Mn屬于中度污染，Pb和Cd屬于重度污染。因此，從整體的分析來(lái)看，貴州省以銅仁和貴陽(yáng)市污染程度較高，這2個(gè)城市污泥可利用性較低，而其他城市均表現(xiàn)出Pb和Cd的重度污染，對(duì)于污泥的農(nóng)用生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，仍需要進(jìn)行一定的“脫毒”處理。

表10 污泥中重金屬潛在污染評(píng)價(jià)

表11 污泥中重金屬地累積指數(shù)及分級(jí)

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)貴州省污水廠污泥呈現(xiàn)高有機(jī)質(zhì)、高氮的特點(diǎn)，具有較好的土地利用價(jià)值。貴州省污水處理廠污泥中8種重金屬元素平均含量的大小順序?yàn)镸n>Cu>Zn>Pb>Cr>Ni>As> Cd，其中Mn和Cu占重金屬總量比例最高，Cd占重金屬總量比例最小。

(2)相關(guān)分析可知，貴州省污水處理廠污泥中pH與重金屬均呈相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量與各重金屬含量均呈顯著或極顯著正相關(guān)，由此表明有機(jī)質(zhì)含量是決定貴州省污水處理廠污泥重金屬元素分布的主要因素。

(3)貴州省污水廠污泥Cu和Cr主要以酸溶可交換態(tài)形式存在；Pb和Cd主要以水溶態(tài)形式存在，Pb和Cd主要以與污泥中水溶性有機(jī)物結(jié)合形式存在；As和Zn則主要是以可氧化態(tài)和可還原態(tài)存在，表現(xiàn)較高的潛在的移動(dòng)性和生物可利用性，極大地威脅著土壤環(huán)境的生態(tài)安全；Ni較均勻地分布于5種形態(tài)中。貴州省污泥中5種重金屬生物活性系數(shù)大小依次為Ni>Cu>Mn>Cr>As>Zn>Cd>Pb。

(4)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分析表明，貴州省各城市污水廠污泥中重金屬Cr、Ni、As單因子污染系數(shù)平均值均小于1，屬于低污染水平；污染系數(shù)均值由大到小依次為Cd>Pb>Cu>Mn>Zn>Cr>Ni>As，Cd、Pb和Cu是貴州省污水處理廠污泥中最主要的環(huán)境污染因子。

(5)Hakanson生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，貴州省各城市污水廠污泥中重金屬危害指數(shù)(Ei)基本表現(xiàn)為：Cd>Pb>As>Ni>Mn>Zn>Cu>Cr，其中毒害性最強(qiáng)的是Cd，其最大危害指數(shù)為135.2(銅仁污水廠污泥)，處于重危害范圍(80貴陽(yáng)>興義>遵義>凱里>六盤(pán)水>畢節(jié)。各污水廠中，銅仁污水廠污泥重金屬污染的危害值最大(707.3)，其復(fù)合危害指數(shù)處于嚴(yán)重危害水平，貴陽(yáng)污水廠污泥重金屬污染的危害值次之(423.7)，其復(fù)合危害指數(shù)處于重危害水平，其他城市污水廠復(fù)合危害指數(shù)處于中等危害水平(RI<150)。

(6)貴州省各城市污水處理廠污泥Cu和Zn地累積指數(shù)(Igeo)較低，表現(xiàn)為輕度污染，而其他重金屬的地累積指數(shù)較高，各城市之間的地累積指數(shù)差異較大，綜合來(lái)看，以銅仁和貴陽(yáng)重金屬地累積指數(shù)較高，污染程度較高，而其他城市地累積指數(shù)相對(duì)較低。從均值來(lái)看，Cu、Ni、As和Zn屬于輕度污染，Cr和Mn屬于中度污染，Pb和Cd屬于重度污染，對(duì)于污泥的農(nóng)用生產(chǎn)和利用來(lái)說(shuō)，仍需要進(jìn)行一定的“脫毒”處理。

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