喀什污水处理厂污泥中重金属Cd和Pb的形态分析及风险评价

关键词：污泥；重金属；化学形态；内梅罗指数；☿地累积指数

Key words： sludge； heavy metal； chemical fractions； Nemerow pollution index； geo-accumulation pollution index

目前，对于中国东南部等经济发达城市污水处理厂污泥的处理，污泥中重金属的形态分布及其对植物的毒性效应或富集效应研究较多[6，7]，而对于西部经济欠发达城市污水处理厂污泥中重金属元素的相关研究较少，针对新疆喀什市污泥重金属形态研究方面的内容鲜有报道。

基于以上分析，本研究选择新疆喀什市污水处理厂的污泥为研究对象，采用Tessier连续五步提取法和地累积指数法、内梅罗综合污染指数法研究了喀什市城市污水处理厂污泥的理化性状和污泥中重金属的形态分布特征，并对其进行了潜在生态风险评价，为该厂污泥的合理处置及资源化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

试验污泥取自新疆喀什市污水处理厂脱水后污泥（春季）。污泥带回实验室经烘干、磨碎、过100目筛，入广口瓶备用。

参照《城市污水处理厂污泥检验方法》[8]规定的方法对污泥基本性质进行分析；用火焰☪原子吸收光谱法测定[9]污泥重金属总量；采用Tessier等[10]五步提取法对污泥重金属进行形态分析。 1.3 污泥中重金属潜在生态风险评估方法

1.3.1 地累积指数法 地累积指数法是由德国学者Muller[11]于1969年提出的，现在已经广泛地被用于沉积物中重金属污染程度的定量指标，具体计算方法如下：

式中，Cn是重金属元素n在沉积物中的含量（mg/kg），本文是采用各重金属可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机结合态4种形态之和；Bn是沉积物中该元素的地球化学背景值（mg/kg），本研究采用中国土壤中重金属含量均值[12]。

2 结果与分析

2.1 污泥的养分含量

城市污泥组分的含量与污水的来源及处理工艺等因素有关。喀什市污水处理厂污泥中营养元素的含量见表1。

2.2 污泥重金属含量及形态分布

结合以上内容可知，Cd的生物有效态含量为55.66%，在总量中的比例较大，很容易被植物吸收从而通过食物链危害人体健康。Pb的生物有效态含量总体来说虽然只有17.36%，但是可交换态含量占到5.93%，而且Pb的毒性较大，随着在土壤中易积累，造成潜在危害。污泥中不稳定态比例较高是因为喀什污水处理厂的污泥未经消化处理直接脱水，污泥中重金属的活性较高，建议可以采用消化处理来降低重金属活性，提高污泥农用的价值。

2.4 污泥中重金属潜ช在生态风险评估

地累积指数一般可分为7个级别，内梅罗综合污染指数分为5级，内梅罗单项污染指数分级分为4级[13]，具体分级见表3。

本研究采用中国土壤中重金属含量均值[12]作为Bn，计算地累积指数、内梅罗单项污染指数和内梅罗综合污染指数，结果见表4和表5。

由表4可以看出，污泥中Pb的Igeo指数小于0，污染级别为0级，说明污泥中Pb对土壤环境无污유染风险；污泥中Cd的含量远远超过土壤背景值，其Igeo指数较高，污染级别为4级，达到强度污染水平，潜在生态风险程度较高。

由表5中重金属的内梅罗单项污染指数可以看出，污泥中Pb的内梅罗单项污染指数的污染级别高于地累积指数，为1级低度污染，对环境有一定的潜在风险；污泥中Cd的内梅罗单项污染指数的污染级别与地累积指数相当，为4级严重污染，其潜在生态风险较高。由表5中重金属的内梅罗综合污染指数可以看出，污泥总体对土壤环境存在较严重的潜在生态风险，内梅罗综合污染指数在考虑各污染因子的平均污染状况的同时还考虑污染最严重的因子，能较好地反映污泥总体潜在生态风险。

由地累积指数、内梅罗单项污染指数和内梅罗综合污染指数可以看出，喀什污水处理厂剩余污泥中重金属Cd对土壤存在严重的潜在风险，其原因与附近排入污水处理厂的大量小型塑料、金属加工、采矿等行业污水有关。因此，既要控制含重金属废水的排放，还需要对施用于土壤中的污泥在施用之前降低重金属的含量，尤其是污泥中Cd的含量。 3 结论与建议

1）喀什市污水处理厂污泥中含有大量的营养物质，有很好的农用价值；但是污泥中重金属Cd的总量较高，超过了中国酸性土壤农用标准。Pb的含量在农用标准范围之内。

2）污泥中重金属Pb和Cd的形态分布主要以残渣态和可交换态为主，尤其是Cd的可交换态含量较高，占23.18%，生物可利用态含量较高，易被植物吸收利用，所以农用具有较大的风险。建议该厂采用消化的方法降低污泥中重金属的活性，以减少生物有效态的比例。

3）地累积指数法和内梅罗指数法的评价结果表明，污泥☃中Cd的潜在生态风险较高，达到4级污染，对农用地的风险较大，在农用前应进行稳定化处理或者去除。

参考文献：

[2] 刘 辉，刘月娥，庞桂林，等.城市污泥重金属含量分析及稳定化研究[J].环境科学与技术，2012，35（6）：114-117.

[5] 陈贻龙，汪传新，牛 樱，等.广州市城市污水处理厂污泥处理处置初步研究[J].中国市政工程，2007（1）：38.

[6] 李晓晨.城市污水处理过程中重金属形态分布及潜在迁移性研究[D].南京：河海大学，2006.

[9] 奚旦立，孙裕生，刘秀英.环境监测[M].第四版.北京：高等教育出版社，2010.

[10] TESSIER A，CAMPBELL P G C，BISSON M.Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metal [J]. Analytica Chemistry，1979，51（7）：844-851.

[12] GB/T 15618-1995，土壤环境质量标准[S].