城市污泥及堆肥中汞的形态范文

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《河南农业杂志》2014年第三期

一、实验结果与讨论

（一）城市污泥中汞的形态分布如图1（见50页）所示，污水处理厂沉砂池、二沉池、污泥浓缩池和压滤污泥的总汞含量分别为2569±32ng/g、5053±559ng/g、4328±694ng/g、4523±405ng/g。经过活性污泥处理后的三个单元（二沉池、浓缩池、压滤机房）的污泥中汞的总含量明显高于沉砂池污泥，说明氧化沟工艺活性污泥有较强吸附汞的能力。与其他污水处理厂污泥相比（见50页表1），焦作市污水处理厂压滤污泥中汞含量与新庄污水处理厂、五龙口污水处理厂和西南科技大学污水处理厂污泥中汞的含量接近，但明显低于天津市某污水处理厂污泥。外排的沉砂池污泥和压滤污泥汞含量均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GBl8918-2002）中规定的污泥农用时的最高限值（污泥中的汞在酸性和碱性（或中性）土壤中最高容许含量分别为5mg/kg和15mg/kg）。图2（见51页）给出了各单元污泥中汞的形态分布情况。可以看出，可交换态的汞占总形态的比例很小，分别为1.22%（沉砂池污泥）、0.28%（二沉池污泥）、0.27%（浓缩池污泥）和0.48%（压滤污泥）。可交换态主要包括离子形态和碳酸盐结合态，该形态迁移性强，容易被生物直接利用。当环境酸度发生变化时，以此种形态存在的金属元素将很快被释放进入周围环境，被生物体利用。焦作市污水处理厂各单元污泥中可交换态汞在总形态中所占比例很小，介于0.27%～1.22%之间，说明各处理单元所产生的污泥中汞的迁移性和生物可利用性较低。同可交换态一样，可还原态和可氧化态汞所占比例也极低，还原态分别为0.21%、0.15%、0.14%和0.08%，氧化态分别为0.51%、0.13%、0.28%和0.16%。可还原态主要是铁锰氧化物结合态，可氧化态主要是有机物和硫化物结合态，这两种形态的汞的迁移性较低，但当环境条件变化时有可能被释放出来，间接被植物利用。在各处理单元污泥中，沉砂池污泥中汞的腐殖酸结合态占总量比例最高，达到了42.07%，对于二沉池、浓缩池、压滤污泥来说，该形态所占比例接近，分别为18.39%、17.44%和15.05%。从上述腐殖酸结合态所占比率可以看出，有机质（腐殖酸）对于汞有较强的络合作用。闫双堆等的研究也表明，在土壤中施用腐殖酸类物质可以提高土壤中有机结合态汞的含量。残渣态汞主要是与硅酸盐矿物、结晶铁镁氧化物等结合，很难被生物利用，迁移性极低。各处理单元中，沉砂池污泥中汞的残渣态所占比例较低，为55.98%，二沉池、浓缩池、压滤污泥该形态所占比率均达到80%以上，分别为81.05%、81.87%、84.23%。说明在活性污泥中汞主要以稳定的残渣态形式存在。总体来看，各处理单元污泥中汞的形态主要以残渣态和腐殖酸结合态为主，残渣态所占比率在55.98%～84.23%，腐殖酸结合态所占比率在15.05%～42.07%，这与孔令昊等所研究的焦家金矿土壤中汞的形态分布结果相似（汞主要以残渣态和腐殖酸结合态存在，残渣态所占比率在59.21%～83.77%，腐殖酸结合态所占比率在7.93%～24.93%）。四个处理单元污泥中，汞的残渣态和腐殖酸结合态所占总形态比例之和均达到97%以上，生物可直接利用的可交换态汞所占比例在0.27%～1.22%，表明污水处理厂污泥中汞的生物有效性较低。二沉池污泥，浓缩池污泥和压滤污泥中汞的形态分布没有明显的变化，说明污泥浓缩和压滤工艺对污泥中汞的赋存形态没有明显的影响。

（二）城市污泥堆肥中汞的形态变化该公司堆肥是将三种物料———金针菇残渣、污泥、莲花下脚料按4∶1∶0.25比例充分混合，进行高温好氧堆肥。由表2（见51页）可知堆肥所用原料金针菇残渣、莲花下脚料及城市污泥中汞的含量分别为23±5ng/g，3115±671ng/g，4818±1070ng/g。混合原料和堆肥产品中总汞浓度分别为980±42ng/g，1076±163ng/g，堆肥前后汞的浓度没有显著改变（P=0.4）。堆肥产品中汞的含量远远低于《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）要求的15mg/kg（PH≥6.5）。由图3（见51页）可知，金针菇残渣、莲花下脚料及城市污泥中，可交换态汞分别占总量的11.64%、0.63%及0.29%，腐殖酸结合态分别占总量的67.99%、98.34%、22.46%，可还原态分别占总量的0.92%、0.03%、0.08%，可氧化态分别占总量的1.06%、0.26%、6.28%，残渣态分别占总量的18.38%、0.75%、70.89%。金针菇残渣主要以腐殖酸结合态和残渣态为主；莲花下脚料则基本全部为有机物，故其中汞基本上均为腐殖酸结合态；城市污泥原料中汞以残渣态为主，其次为腐殖酸结合态。堆肥混合原料和堆肥产品中的汞主要以腐植酸结合态存在，堆肥前后分别为58.81%和56.68%，说明作为堆肥中有机质的重要组成部分，腐殖质在与汞的结合上起到了主导作用。Canarutto等的研究也证实了污泥堆肥中1/3左右的重金属和有机质结合，而其中的绝大部分是结合在腐殖酸上。与腐殖酸结合的汞化学性质较为稳定，一般情况下，其迁移性和生物可利用性较弱。然而，当土壤理化性质改变时，与腐殖酸结合的汞有可能被释放出来，重新介入到生物地球化学循环中，汞的甲基化潜力和有机结合态的汞之间显著的相关性为这种论断提供了证据。堆肥前后残渣态汞占总量的39.89%和42.24%，残渣态和腐殖酸结合态之和所占比率均达到97%以上，表明堆肥中汞具有较高的稳定性。堆肥前后可交换态汞占总量的比例为0.55%和0.59%，可还原态为0.17%和0.08%，可氧化态为0.58%和0.42%，可以看出可交换态、可还原态以及可氧化态的汞所占比率很低。说明当土壤性质保持稳定时，汞不易于发生迁移或被植物吸收利用。堆肥前后汞的形态没有明显的变化，表明高温好养堆肥对汞的赋存形态影响不显著。

二、潜在生态风险评价

采用Hakanson提出的单一金属的潜在生态危害指数（Er）i对污水处理厂外排的沉砂池污泥和压滤污泥及压滤污泥堆肥产品进行评价，来反映样品中的汞对生态环境的影响潜力，为污泥农用提供依据。计算公式为：Eri=TirCn/Bn其中Cn为样品的实测浓度，本文采用可交换态、腐殖酸结合态、可还原态和可氧化态之和；Bn为评价元素的背景值，本评价元素的背景值选取《食用农产品产地环境质量评价标准》（HJ332-2006，PH﹥7.5）；Ti为毒性相应系数，选取Hakanson制定的标准化汞的毒性响应系数40。评价结果发现，污泥和堆肥中汞的风险值在25到129之间（见51页表3），根据生态风险等级划分标准（见51页表4），焦作市污水处理厂外排的沉砂池污泥用于蔬菜时汞具有强度生态危害，用于水作、旱作和果树汞具有中度生态风险，不建议用于农业生产。压滤污泥和堆肥产品中的汞分别具有中度强度生态危害（蔬菜）和轻度生态危害（水做、旱作和果树）。考虑到汞在水田中会转化为甲基汞并富集于水稻中，因而建议压滤污泥和堆肥产品不用于蔬菜和水做农田，可以适当用于旱作农田和果树种植。

三、结论

污水处理厂各处理单元的污泥中二沉池污泥中汞的含量最高，沉砂池污泥中汞的含量最低，但外排沉砂池污泥和压滤污泥均未超过国家相关标准。各处理单元污泥中，汞的可交换态所占的比例极小，分别为1.22%（沉砂池污泥）、0.28%（二沉池污泥）、0.27%（浓缩池污泥）和0.48%（压滤污泥）。汞的形态主要以残渣态和腐殖酸结合态存在，二者之和所占比例均达到97%以上，说明活性污泥中汞的稳定性较高，可迁移性和生物可利用性很低。二沉池污泥、浓缩池污泥和压滤污泥中汞的形态分布没有明显的变化，污泥浓缩和压滤工艺对污泥中汞的赋存形态没有显著影响。堆肥过程中，高温好养堆肥对汞的总量和形态没有显著影响。堆肥前后汞的形态主要以残渣态和腐殖酸结合态存在，二者之和达到了97%以上，其中腐殖酸结合态所占比例最高（58.81%和56.68%），说明在土壤环境保持稳定时，堆肥产品中的汞生物可利用性低。对污水处理厂外排污泥及堆肥产品的生态风险评价发现，对于水作、旱作和果树等农业利用方式，压滤污泥和堆肥产品中汞的生态风险不大，而沉沙池污泥中汞的风险较强，不应用于农业生产。

作者：李花刘军毛玉芬王梅张媛单位：河南理工大学资源环境学院焦作市环境信息中心温县环境保护局监测站焦作市环境监测站