王 杰， 楊春璐， 鄭 濤， 邱 莎， 李 坤， 鄭嘉惠

（1.遼寧大學 環(huán)境學院，遼寧沈陽 110036;2.沈陽農業(yè)大學 土地與環(huán)境學院，遼寧沈陽 110866;3.國電東北北部污水處理廠，遼寧沈陽 110035）

沈陽市污水污泥中重金屬含量及其生物有效性

王 杰1，2， 楊春璐1， 鄭 濤3， 邱 莎1， 李 坤1， 鄭嘉惠1

（1.遼寧大學 環(huán)境學院，遼寧沈陽 110036;2.沈陽農業(yè)大學 土地與環(huán)境學院，遼寧沈陽 110866;3.國電東北北部污水處理廠，遼寧沈陽 110035）

分析了沈陽市4座污水處理廠排放的污泥中重金屬含量及生物毒性，探討4種污泥的土地利用可行性。采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解法提取污泥中Cu、Cd、Zn、Pb、Ni和Cr 6種重金屬總量，用DTPA(二乙基三胺五乙酸)-TEA(三乙醇胺)提取污泥中6種重金屬的有效態(tài)含量，用火焰原子吸收光譜法測定。結果表明，4種污泥中Zn和Cu含量較高;Cr、Pb和Ni次之;Cd含量較低;4種污泥重金屬總含量大小依次為西部＞北部＞沈水灣＞滿堂河。與我國污泥農用標準(GB18918—2002)相比較，除了西部污水處理廠污泥中的Cu以外，所有污泥中的重金屬含量均不超標，并且DTPA可提取態(tài)重金屬含量占重金屬總量的比例不高，表明4種污泥生物有效性差，不易對環(huán)境造成危害。

污泥;重金屬;生物毒性

0 引言

污泥是污水處理廠的主要副產物之一［1］，是含有各種有機無機物質、微生物和泥沙的復雜非均質體［2］。沈陽市共有10余座污水處理廠，每天產生污泥量達1 000多t。污泥富含氮、磷、鉀、有機質和各種常量微量元素，具有一定的肥效價值［3］，但污泥中的重金屬和腐敗微生物等有害成分若不經妥當處置會給環(huán)境帶來污染［4-7］，危害人類和動植物的生存空間。因此，尋求合理的污泥處理處置方式是沈陽市亟待解決的環(huán)境問題。研究表明，土地利用是污泥最具有發(fā)展前途的處置方式［8］，但長久以來，由于重金屬具有遷移性差、易富集和危害大等特點，人們普遍認為污泥土地利用勢必會給生態(tài)環(huán)境帶來重金屬污染，導致重金屬成為限制污泥土地利用的重要因素［9-10］。因此，了解污泥中重金屬含量及其生物有效性對于污泥土地資源化利用具有重要意義。為此，本文以沈陽市有代表性的4座污水處理廠的污泥為研究對象，對污泥中重金屬全量及有效態(tài)含量進行全面分析，以期對污泥用于土地資源化利用途徑奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

污泥來源:試驗用污泥為沈陽市北部、滿堂河、沈水灣和西部污水處理廠的新鮮脫水污泥。污泥表觀均為黑色，黏稠伴有雜質，有強烈刺激性臭味，其基本性質如表1所示。

表1 污泥基本理化性質

試劑:Cu、Cd、Pb、Zn、Ni、Cr標液(1 mg/mL)為國家有色金屬及電子材料分析測試中心生產，其余試劑均為AR級，為國藥集團化學試劑有限公司生產。

儀器:TU-1810紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器公司;TAS-990火焰原子吸收分光光度計，北京普析通用儀器公司;PHSJ-4A酸度計，上海雷磁儀器公司;BS224 S電子分析天平，北京賽多利斯儀器公司。

1.2 方 法

有機質采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定［11］;總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定;總磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗分光光度法測定;pH值采用酸度計測定;含水率采用烘干法測定;重金屬 Cu、Cd、Pb、Zn、Ni、Cr總量采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解后原子吸收分光光度法測定［12-13］;有效態(tài)重金屬采用DTPA-TEA浸提-原子吸收分光光度計測定，測定條件見表2。

表2 原子吸收分光光度計測定條件

采集的污泥樣品一部分放入鋁盒內用于含水率測定，其余污泥樣品平鋪在牛皮紙上進行風干，定期翻動以防止滋生腐敗微生物，剔除雜物后磨碎，分別過20、60和100目篩，做好標記后裝入樣品瓶內，以供分析測試之用。

2 結果與討論

2.1 4種污泥重金屬總量

一直以來，重金屬被認為是污泥土地利用的重要限制性因素，重金屬含量高的污泥施入土壤后會危害土壤環(huán)境，抑制植物生長。本研究測定了4種污泥中總 Cu、Cd、Pb、Zn、Ni、Cr的含量(見圖 1)。研究發(fā)現，4種污泥中Zn和Cu的含量顯著高于其他元素，Cd則是含量最低的元素。與污泥農用標準(GB18918—1985)對比，北部和西部污水處理廠的Cu和Zn含量超標，尤其是西部污水處理廠的Cu含量是相關標準的3倍以上，沈水灣污水處理廠的Zn也超標，這可能是因為這兩個污水處理廠所處理的污水中工業(yè)污水所占比重相對大，也與我國城市中排水管道大多采用了鍍鋅材料有關［14］;而4 種污泥中的 Cd、Pb、Ni和 Cr含量均不超標。我國于2002年修改了污泥農用標準，加寬了污泥中Cu和Zn的限制含量。通過比較可以看出，除了西部污水處理廠的Cu含量仍超出相應標準(GB18918—2002)外，4種污泥的重金屬含量均不超標。另外，4種污泥中重金屬Cd的含量較低且差異不大，其他元素含量差異較大。

圖1 4種污泥重金屬總量

2.2 4種污泥有效態(tài)重金屬

重金屬的形態(tài)與其生物有效性具有密切關系，本文采用DTPA-TEA法提取污泥中有效態(tài)重金屬(見圖2)。結果表明，污泥中有效態(tài)重金屬含量最高的2種元素仍然是Zn和Cu，盡管重金屬總量很高，但相應的有效態(tài)重金屬所占比例并不高。這可能是因為污泥pH值偏中性，重金屬主要以結合態(tài)或碳酸鹽態(tài)等難溶化合物形式存在［15］。不同污泥中有效態(tài)重金屬占其總量比例大小差異較大，北部為Ni＞Cr＞Zn＞Cu＞Cd＞Pb;西部為Ni＞Cr＞Zn＞Cd＞Cu＞Pb;沈水灣為 Ni＞Pb＞Cd＞Zn＞Cr＞Cu;滿堂河為 Cr＞Ni＞ Cu＞Cd＞Pb＞Zn?？梢钥闯觯枯^高的Zn和Cu其有效性在6種重金屬中屬于中等或偏弱，而含量不太高的Ni和Cr的有效性在6種重金屬中卻是最高的，Cd和Pb的有效性則是偏低。這一方面與重金屬自身特性有關，另一方面與污泥的不同性質有關。

圖2 4種污泥有效態(tài)重金屬含量

3 結論

研究表明，4種污泥中都含有大量有利于植物生長的養(yǎng)分元素，完全符合相關標準(GB18918—2002)所要求的營養(yǎng)指標。有機質含量均大于40%，但差異并不顯著，含量由大到小依次為沈水灣＞滿堂河＞西部＞北部;總氮含量均大于30 g/kg，總磷含量均大于10 g/kg，且4座污水處理廠污泥的氮和磷含量大小依次為西部＞滿堂河＞沈水灣＞北部，但是4種污泥含水率較高，介于77% ～83%，pH值接近中性。因此，從養(yǎng)分角度看，4種污泥均具備很好的肥效價值，但必須經過穩(wěn)定化處理后才能進行土地利用。

無論污水來源是工業(yè)污水還是生活污水，Zn和Cu都是污水處理廠排放的污泥中含量最高的重金屬。與相關標準(GB18918—2002)相比，除了西部污水污泥的Cu超標外，4種污泥中的重金屬含量均未超過相應標準，并且有效態(tài)重金屬占重金屬總量比例不高，不易對環(huán)境造成危害。因此，西部污水處理廠的污泥具有一定的土地利用風險，而其他3種污泥均適合污泥土地利用。

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Study on the Heavy Metals and Its Availability of Sewage Sludge in Shenyang City

WANG Jie1，2，YANG Chun-lu1，ZHENG Tao3，QIU Sha1，LI Kun1，ZHENG Jia-hui1
(1.College of Environment，Liaoning University，Shenyang 110036，China;
2.Colledge of Land and Environment，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China;
3.Guodian North Wastewater Treatment Plant，Shenyang 110035，China)

The total and available concentrations of Cu，Cd，Zn，Pb，Ni and Cr in four kinds of sewage sludges from different wastewater plants were analyzed and determined，in order to explore the feasibility of sewage sludge for land use in Shenyang.The total concentrations of heavy metals were extracted by HCl-HNO3-HClO4digestion，the available concentrations of heavy metals were extracted by DTPA-TEA，then were both determined by flame atomic absorption spectrometry.The results were as follows:The concentrations of Zn and Cu in all the sewage sludges were very high，followed by Cr，Pb，Ni，and Cd was the lowest，the total concentrations of heavy metals showed a trend:Xibu ＞ Beibu＞Shenshuiwan ＞Man tanghe.Compared with China＇s agricultural standard(GB18918—2002)，the concentrations of heavy metals in sewage sludges were altogether lower than the corresponding standards，except for Cu concentrations in Xibu sludge，and the concentration of heavy metals extracted by DTPA had a low proportion，which indicated that the sewage sludge wasn’t available to organisms，and wouldn＇t cause harm to environment easily.

sewage sludge;heavy metals;biological availability

X 705

A

1006－7167(2014)05－0026－03

2013－07－11

遼寧省博士啟動基金項目(20121033);沈陽市科技局項目(F11-264-1-02);遼寧環(huán)境科研教育“123工程”(CEPF2011-123—1-3);遼寧大學青年基金(2011LDQN04)

王 杰(1981－)，女，滿族，遼寧葫蘆島人，博士在讀，實驗師，主要從事環(huán)境污染控制研究。

Tel.:024-62204951;E-mail:wangjie811226@163.com