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我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征及变化规律
更新时间:2016-09-07 来源:《环境科学研究》 作者:张丽丽,李花粉,苏德纯

摘要:对由中国知网数据库和维普中文科技期刊全文数据库报道的近30 年来我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征和年代变化规律进行了分析. 结果表明: 近30 年来城市污水处理厂污泥中w( Cd) 、w( Pb) 、w( Cr) 、w( As) 、w( Hg) 、w( Cu) 、w( Ni) 、w( Zn) 平均值或中位值均符合GB 18918─2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥农用时污染物控制标准限值,但数据离散且呈偏态分布. 依据GB 18918─2002, 1980─1989 年我国城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75% 分位值中有w( Cd) 、w( Cu) 、w( Ni) 、w( Zn) 超标, 90%分位值中有w( Cd) 、w( Pb) 、w( Hg) 、w( Cu) 、w( Zn) 、w( Ni) 超标; 1990─1999 年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w( Ni) 超标, 90%分位值中除w( As) 外其他重金属均超标; 2000─2010 年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w( Ni) 超标, 90%分位值中wCd) 、w( Cr) 、w( Hg) 、w( Cu) 、w( Zn) 、w( Ni) 超标.从年代变化看,我国城市污水处理厂污泥中w( Cd) 、w( Cu) 随年代逐渐下降,但w( Hg) 、w( As) 、w( Cr) 、w( Zn) 、w( Ni) 、w( Pb) 呈波动趋势.近10 年数据表明,我国城市污水处理厂污泥中w( Ni) 、w( Cd) 、w( Hg) 超标倍数最高,在进行污泥处置时需要优先关注.

随着我国经济发展和城市化进程的加快,生活污水的排放量和处理比例也快速增加,环境保护部2010 年环境统计年报显示: 到2010 年,我国有城市污水处理厂有2 881 座,日处理污水12 331 × 104 t,城市生活污水处理率达72. 9%. 城市污水处理厂污水处理过程中产生了大量剩余污泥,因此在城市污水处理比例不断增加的同时,也面临巨大的城市污水处理厂污泥( 简称污泥) 处理和处置压力. 污泥富集了污水中大部分污染物[1-4],长期暴露又会逐渐释放进入环境中,进而影响环境安全与人体健康[5-8]. 目前污泥处置方法主要有填埋、焚烧、投海、土地利用等,发达国家对污泥的处置比例平均为45. 3% 土地利用、38. 0%填埋、10. 5% 焚烧、6. 0% 排海[9],而我国污泥处置中填埋占62%、外运和土地利用各占15% 和14%[10],由于污泥焚烧、干化等成本较高,故其所占比例较小. 污泥填埋不仅要投入高的运输和管理费用,而且还需占用大量土地[11-12]. 将符合GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的污泥在适合的地区进行合理的土地利用可实现污泥资源化,污泥土地利用是一种有效且经济的处置方法. 污泥土地利用虽可以提高土壤有机碳含量,改善土壤的物理性状并提供植物需要的养分,但污泥中的有害重金属则是限制其土地利用的主要因素之一[13]. 因为随污泥进入土壤中的重金属会在土壤中逐步积累,并通过作物吸收等途径进入食物链而影响人类健康和生态环境安全[14-18]. 因此,全面了解污泥中重金属含量及变化情况,是我国制订污泥安全处置和资源化利用决策的基础. 陈同斌等[15] 对我国1994—2001 年文献报道的污泥重金属相关数据进行了统计分析,结果表明,w ( Ni) 、w ( Pb) 、w ( Cr) 、w( Cu) 、w( Zn) 变幅很大,其中w( Zn) 最高,平均值为1 450 mgkg. 姚金玲等[19]比较了16 个城市污水处理厂污泥中Cu、Cr、Pb、As 和Cd 的污染状况及特征,并且探讨了可行的污泥处置方法. 但以往对污泥中重金属的研究多针对某些城市或特定时段,而对全国范围内的研究不多. 笔者利用中国知网数据库和维普中文科技期刊全文数据库已报道的文献数据,分析了近30 年来我国城市污水处理厂污泥中重金属的分布特征及年代变化规律,以期为我国城市污水处理和污泥资源化利用中重金属污染控制提供依据.

1 材料和方法

1. 1 数据来源

收集1980—2010 年中国知网数据库和维普中文科技期刊全文数据库发表的有关我国城市污水处理厂污泥中w( Cd) 、w( Pb) 、w( Cr) 、w( As) 、w( Hg) 、w( Cu) 、w( Ni) 、w( Zn) 数据,对其进行统计分析. 在收集的污泥重金属污染数据中,我国东部省、直辖市的大、中城市的数据占主体,其中以广州、上海、北京、沈阳、南京、天津、深圳等数据最多.

1. 2 数据处理

在进行数据统计时,以文献中的1 个取样点为1个样本,凡文献中为统计结果且未列出样本数量的均按1 个样本进行统计. 统计数据为不同年代组数据的最大值、最小值. 对3 个年代的数据统计分析内容包括: 算术平均值、几何平均值及其标准差,数据的分布类型,变异系数,置信度为5%、10%、25%、50%、75%、90%、95%的分位值. 在评价污泥中重金属质量分数特征时,如果数据服从正态分布,则采用算术平均值;如果数据服从对数正态分布,则采用几何平均值; 如果数据统计结果既不服从正态分布也不服从对数正态分布( 即偏态分布) ,则采用中位值( 50%分位值) .

数据处理及图表分析应用SASV8 软件、Sigmaplot 10. 0 软件.

2 结果与分析

2. 1 不同年代污泥中重金属分布特征

污泥中重金属分布特征是选择污泥处置方式和土地利用时关注的首要因素之一. 近30 年来,随着我国经济的快速发展和城市化进程的推进,污水处理厂的数量和污泥年产量迅速增加,污泥资源化利用及其对环境的危害也越来越受关注. 由于污泥中重金属种类较多,因此,笔者在进行数据统计和分析时选择有代表性的且对土地利用影响较大的8种重金属元素( Cd、As、Hg、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni) . 从表1 可知,近30 年来,我国污泥中重金属质量分数范围变化大且数据分布较为分散. w( Pb) 、w( As) 、w( Hg) 、w( Cu) 、w( Zn) 的最小值表现为随年代逐渐降低,而w( Cd) 、w( Cr) 、w( Ni) 的最小值则呈先降低后增加趋势. w( Cd) 、w ( Cr) 、w ( As) 、w ( Cu) 、w( Ni) 、w( Zn) 的最大值表现为随年代逐渐增加的趋势,而w( Hg) 、w( Pb) 的最大值出现在20 世纪90年代. 从表1 还可以看出,我国对污泥中重金属研究的文献数量也随年代显著增加. 从文献中研究的重金属种类看,Cd、Pb、Cr、Cu、Zn 相对较多,而As、Hg、Ni 相对较少.


版权、出处:《环境科学》

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