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我国沿海地区城镇污水处理厂污泥重金属污染状况及其处置分析
更新时间:2016-11-16 来源:《环境科学》 作者:张灿,陈虹,余忆玄,王立军,韩建波,陶平

摘要:采用ICP-MS 分析法测定了我国3 个典型沿海城市广州、上海和大连共13 个污水处理厂污泥的7 种重金属含量,并与2006 年和2001 年的数据进行了对比,以了解我国沿海城市污水处理厂重金属污染状况、变化趋势和处置方案. 结果表明,我国沿海城市污泥中重金属污染分布存在较大差异,7种重金属平均含量大小顺序为Cr > Zn > Cu > Pb > As > Hg > Cd,Cr、Cu 和As 的含量超出了《城镇污水处理厂污染物排放标准》,污染严重. 相对于以前,我国沿海城市污泥中Zn 的含量明显减少,Pb、Hg 和Cd 的含量与没有明显变化,但Cr、Cu、As 均明显增加. 各区域各类型污水处理厂城市污泥重金属含量分析表明,来源于工业废水的城市污泥中Zn、Cu 和Hg 的平均含量较生活污水为主的污泥高; 广州污水处理厂城市污泥中Cr、Pb、As、Hg和Cd 的含量均高于上海和大连. 沿海城市污水处理厂中超出《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥农用标准限值的占总调查污水处理厂的23%,我国沿海城市污泥大部分仍可采用污泥农用的有益处置方式进行处置. 同时,本次调查数据也为我国沿海城市开展污水污泥海洋倾倒相关技术标准的制定提供了基础数据.

随着工业化进程的增加及人们环保意识的提高,我国污水处理行业发展迅速. 2003 年,全国共有城镇污水处理厂612 座,污水年处理量148 亿t; 截至2011 年,污水处理厂增至3 135座,污水处理能力也高达496 亿t[1]. 城市污泥作为污水处理的必然产物,其产生量也不断增长,同时污泥由于承载着进水近一半的有机污染物,其中重金属类污染物以及致病菌和病原菌等也较为丰富,污泥处置将成为我国一个更加突出的环境问题. 目前,我国污泥的处置方式主要有填埋、焚烧和农业利用等. 污泥农用作为重要的有益利用的处置方式,在国内外得以普遍应用,但此种方式容易对环境形成二次污染[2 ~ 5].

为防止和控制污泥处置对环境的二次污染,需对我国不同类型污水处理厂污泥的污染水平、空间分布特征和变化趋势进行调查和了解,为制定污泥污染特征评价和处置技术路线选择等相关政策提供基础数据. 因此,了解和分析我国污水处理厂污泥的污染特征及其变化趋势对于不同地区及不同类型的污水处理厂污泥的处置方式选择及其潜在生态风险的控制具有重要的意义.

城市污泥中重金属含量高,进入土壤环境中难以被生物分解,却易于通过食物链生物富集,污泥中的重金属污染将是土壤中重金属污染的一个重要来源[6 ~ 8],并已成为污泥有益利用的主要限制性因素之一,因此城市污泥中重金属含量和迁移转化行为已成为环境科学等领域的研究热点之一[9 ~ 12]. 目前对于中国城市污泥中重金属含量已有相关的环境调查[13 ~ 16],结果均表明污泥中重金属含量因各城市的产业类型、城市性质、污水处理工艺和污水来源等不同而存在很大的差异,工业废水来源的城市污泥中重金属含量高于生活污水为主的污泥. 但是与以前相比,污泥中重金属含量总体变化趋势的研究结果并未确定,有研究表明[13]城市污泥重金属含量总体呈下降趋势,但也有研究表明[14]其部分重金属含量呈上升趋势. 同时,对于城市污泥中重金属的赋存形态也开展了相关研究[17 ~ 20]. 为进一步了解我国沿海城市污泥的重金属污染特征、变化趋势及其处置状况,本研究对我国沿海城镇污水处理厂污泥中重金属的含量及其影响因素等进行了分析,以期为我国制定污泥处理处置相关政策制定提供基础数据和理论依据.

1 材料与方法

1. 1 污泥样品采集

从南到北选择了3 个典型的沿海城市( 广州、上海和大连) 开展污水处理厂的调查和采样分析工作,调查的时间在2011 年5 ~ 10 月. 根据污水处理厂污水的来源、工艺和出水标准的不同,在本次污水污泥采样分析中共选择了13 个典型的不同类型的污水处理厂,样品采集分布图和各厂的基本情况分别见图1 和表1. 其中,10 个污水处理厂以生活污水为主要来源,3 个污水处理厂以工业废水为主要来源,污水处理工艺除了1 个为化学絮凝法外,其余主要为活性污泥法; 出水标准达到一级标准的为9 个,二级标准的4 个.

1. 2 样品前处理与分析

1. 2. 1 主要仪器与试剂

主要仪器: 聚四氟乙烯坩埚; 恒温电热板( Labtech EG20B,USA) ; ICP-MS ( Agilent 7500ce,美国) ; 天平( Sartorius BT323S,German) ; 亚沸蒸馏器( Berghof BSB-939-IR,German) ; 超纯水仪( Milli-Q,France) .

主要试剂: 硝酸( 经亚沸蒸馏器二次蒸馏酸) ;氢氟酸( 超纯,上海试剂一厂) ; 高氯酸( 优级纯,天津东方化工试剂厂) .

1. 2. 2 样品前处理

采集的污泥样品经自然风干后,碾磨并过160目筛,充分混匀后取样10 g 左右供样品测定. 样品消解时,称取0. 10 g 沉积物干样于50 mL 聚四氟乙烯坩埚中,用少许超纯水润湿样品,加入5. 0 mL 硝酸后,置于电热板上由低温升至180 ~ 200℃加热回流3 ~ 4 h,再加入1. 0 mL 硝酸,2. 0 mL 高氯酸和2. 0 mL 氢氟酸,在220 ~ 240℃下加热回流3 ~ 4 h后,开盖蒸至近干,取下再加1. 0 mL 50%的硝酸,微热浸提,用超纯水将溶液及残渣全量转入50 mL 容量瓶中,定容至标线,放置至溶液澄清,同时制备分析空白溶液,用于ICP-MS 测定.

版权、出处:《环境科学》

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