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我国重点流域城市污泥重金属含量与溯源研究

2019-02-22 17:37来源:给水排水作者:张辰、谭学军、王磊、王逸贤、王磊磊关键词:污水处理厂污泥重金属工业废水预处理收藏点赞

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(1)镉。污泥中总镉含量分布特征曲线见图1a,总镉含量平均值为3.3 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总镉含量为0.1~5.2 mg/kg,平均值为1.9 mg/kg。总镉含量高于3 mg/kg的污泥样本比例为34%,高于5 mg/kg的污泥样本比例为11%,高于15 mg/kg和20 mg/kg的污泥样本比例均为2%。

(2)铅。污泥中总铅含量分布特征曲线见图1b,总铅含量平均值为69.8 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总铅含量为24~118 mg/kg,平均值为61.8 mg/kg。所有脱水污泥样品总铅含量均低于300 mg/kg,可满足各项泥质标准的要求。

(3)铬。污泥中总铬含量分布特征曲线见图1c,总铬含量平均值为438.8 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总铬含量为40~569 mg/kg,平均值为209.0 mg/kg。总铬含量高于500 mg/kg的污泥样本比例为12%,高于600 mg/kg的污泥样本比例为9%,高于1 000 mg/kg的污泥样本比例为7%。此外,个别污泥样品总铬含量远超过了1 000 mg/kg,最大值高达6 107 mg/kg,超标问题较为严重。

(4)镍。污泥中总镍含量分布特征曲线见图1d,总镍含量平均值为97.2 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总镍含量为22~152 mg/kg,平均值为83.9 mg/kg。总镍含量高于100 mg/kg的污泥样本比例为16%,高于200 mg/kg的污泥样本比例为9%,个别污泥总镍含量远超过了200 mg/kg,最大值高达1 080 mg/kg。

(5)锌。污泥中总锌含量分布特征曲线见图1e,总锌含量平均值为2 557.8 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总锌含量为358~3 848 mg/kg,平均值为1 182.6 mg/kg。总锌含量高于1 500 mg/kg的污泥样本比例为25%,高于2 000 mg/kg的污泥样本比例为24%,高于3 000 mg/kg的污泥样本比例均为14%,高于4 000 mg/kg的污泥样本比例均为9%,个别污泥样品总锌含量远超过了4 000 mg/kg,最大值高达10 071 mg/kg,超标问题尤其严重。

(6)铜。污泥中总铜含量分布特征曲线见图1f,总铜含量平均值为614.9 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总铜含量为87~1 362 mg/kg,平均值为402.1 mg/kg。总铜含量高于500 mg/kg的污泥样本比例为29%,高于800 mg/kg的污泥样本比例为20%,高于1 500 mg/kg的污泥样本比例为10%。

(7)汞。污泥中总汞含量分布特征曲线见图1g,总汞含量平均值为2.4 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总汞含量为0.2~5.2 mg/kg,平均值为2 mg/kg。总汞含量高于3 mg/kg的污泥样本比例为26%,高于5 mg/kg的污泥样本比例为14%,所有污泥样品总汞含量均低于15 mg/kg。

(8)砷。污泥中总砷含量分布特征曲线见图1h,总砷含量平均值为19.2 mg/kg,其中80%置信区间内污泥总砷含量为4.9~33 mg/kg,平均值为15.8 mg/kg。总砷含量高于30 mg/kg的污泥样本比例为14%,高于75 mg/kg的污泥样本比例为2%。

2.1.2统计分析

对调研范围内106座污水处理厂各项重金属指标的最大值、最小值、中值、平均值以及标准差进行了统计分析(见表3),中值远小于平均值,表明不同来源污泥重金属含量差异较大,平均值受少部分较大数据影响显著。不同类型重金属在污泥中的含量存在显著差异,按照平均值大小排序依次为:总锌>总铜>总铬>总镍>总铅>总砷>总镉>总汞。

我国城市污泥和耕地土壤中各项重金属指标含量比较分析结果见表4。耕地土壤中各项重金属按照含量平均值大小排序依次为:锌>铬>铅>铜>镍>砷>镉>汞,其中锌、砷、镉、汞含量顺序与污泥相一致。耕地土壤中镉、汞、镍含量平均值与土壤环境质量标准(二级)中规定的限值接近,其他指标平均值远小于二级标准限值,尚存在较大的环境容量。城市污泥中各项重金属的含量是耕地土壤的2~20倍,除铅含量能满足土壤环境质量标准(二级)要求外,其余重金属均超出了标准限值,因此土地利用时应对污泥施用量和施用期限进行严格控制。

2.2超标风险

各项重金属超标频率分析结果见表5。调研范围内污水处理厂脱水污泥中总铬、总镍、总锌、总铜超过各项标准的频率整体较高,总镉和总汞超过农用(A级)和土地改良/园林绿化(酸性土壤)标准限值的频率较高,总砷超标频率相对较低,调研尚未发现总铅超标现象。

重金属的生物毒性不仅与其总量有关,更大程度上由其形态分布所决定。重金属形态可分为酸可提取态、可还原态、可氧化态和残余态。酸可提取态重金属最易释放;可还原态一般吸附在铁锰氧化物上,在还原条件下较易释放;可氧化态主要与有机物和硫化物相结合,被氧化时有溶出风险;残余态为非有效态,在自然条件下不易释放。郑翔翔等研究发现,Pb几乎全部分布在残余态;Cd主要分布在残余态,但其酸可提取态占有一定的比例;Cu和Cr主要以可氧化态和残余态形式存在;Ni和Zn的残余态含量较低,酸可提取态比例都超过30%。我国污泥中总铬、总镍、总锌、总铜超标频率较高,其中Cu和Cr存在形式主要为可氧化态和残余态,在正常环境下相对比较稳定,但当环境条件变化时需关注其释放风险;Ni和Zn有较大的释放潜力和生物有效性,在土地利用过程中需要持续跟踪关注。此外,总镉在部分污泥中也存在超标现象,需注意其酸性条件下的释放。

2.3变化趋势

杨军等于2006年从全国范围内采集不同城市107个污泥样品进行了重金属含量检测,表6对杨军等所得数据与本研究数据进行了比较分析。除了铬和铜外,其余各项重金属本次调研的含量均低于2006年。虽然调研范围存在差异,但仍然可以看出我国污水处理厂污泥重金属含量呈现出显著的降低趋势,其原因可能包括:①清洁生产水平不断提高,含重金属的生产原料逐渐被取缔或者替代,从源头减少了重金属排放;②重污染行业产业结构调整,随着一些重污染企业如电镀、有色金属加工行业的转型或搬迁,含重金属工业废水排放量逐渐减少;③工业废水治理水平逐渐提高,随着环境污染管理制度和法规的完善与实施,对含重金属工业废水的治理力度和技术水平也显著提高,达标排放率不断提高。

原标题:我国重点流域城市污泥重金属含量与溯源研究
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