杨凌城市污泥重金属环境风险评价及合理施用量研究

康军 孙西宁

摘要

为科学确定污泥施用量和评价污泥中重金属的环境风险，根据重金属不同形态的环境效应引入毒性响应系数确定了污泥的合理施用量，并采用单项污染指数、内梅罗综合指数和地积累指数对污泥中重金属的污染程度进行了评价。初步确定杨凌城市污泥合理施用量为4.04 t/（hm2·a），Cd是限制该地区污泥施用的最主要因素，该方法突出了重金属形态的重要性，弥补了以往对重金属只进行总量控制的不足。

关键词污泥；重金属；环境风险评价；合理施用量；毒性响应系数

中图分类号S181.3；X705文献标识码A文章编号0517-6611（2014）28-09903-03

Environmental Risk Assessment of Heavy Metals and Rational Application Rate of Sewage Sludge in Yangling

KANG Jun1， SUN Xining2

（1. Magazine Company， Changan University， Xian， Shaanxi 710064； 2. College of Resources and Environment， Northwest A & F University， Yangling， Shaanxi 712100）

AbstractIn order to determine the sewage sludge application rate scientifically， the toxic response factor of different forms of heavy metals was applied. Single pollution index， Nemerow pollution index and Geoaccumulation pollution index was used to assess the environmental risk of heavy metals in sewage sludge. Rational application rate of sewage sludge in Yangling was 4.04 t/（hm2·a）， and Cd was the most important element to restrict application of sewage sludge in this area. This method stressed the importance of the forms of heavy metals and made up for the shortage of only controlling the total amount of heavy metals in the past.

Key words Sewage sludge； Heavy metal； Environmental risk assessment； Rational application rate； Toxic response factor

城市污泥中含有丰富的有机质、N、P、K和植物生长必需的微量元素，可以用于土壤改良和制作有机肥料。土地利用被认为是城市污泥资源化利用的有效途径，但污水处理过程中大量病原微生物、有机污染物和重金属被浓缩到污泥中，成为限制污泥土地利用的重要因素[1-2]。重金属无法被生物降解，可以长期在土壤中存在，并具有累积效应，是限制污泥农用的最主要持久性污染物，一直备受关注。随着研究的深入，学者们发现重金属的潜在环境风险不仅与其总量有关，更重要的是重金属的生态环境效应和生物有效性与其化学形态密切相关[3-4]。为此，发展起来以Tessier顺序浸提法和BCR法等为代表的重金属形态分级方法，用于进行定量研究和获得重金属生物有效性或其毒性方面更准确的信息。由于受土壤类型、作物种类、地形地貌和气候因素等影响，如何合理确定城市污泥施用量和评价重金属潜在的环境风险已经成为环境科学领域的研究热点[5-6]。

目前确定污泥施用量主要参考《农用污泥中污染物控制标准》（GB 4284-84）[7]、《城鎮污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）[8]、《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）[9]和美国EPA的污泥农用标准，这些标准一般对重金属采取总量控制，而忽略了重金属形态的重要性。重金属的不同形态表现出不同的生物毒性和环境行为，笔者认为应将重金属按照不同形态引入毒性响应系数后再与相关标准比较确定城市污泥合理施用量[10]，为此，笔者将在试验研究的基础上评价杨凌城市污泥重金属环境风险及确定其合理施用量，以期为该地区城市污泥的土地利用提供理论依据。

1污泥来源与重金属分析方法

1.1污泥来源

西北农林科技大学环境生物技术研究室对陕西省杨凌区城市污泥进行了长期监测，结果显示该污泥富含植物养分，且重金属含量很低，是优质的有机肥源，可以经过进一步稳定化处理后在农田和林地施用[11-18]，这为该地区污泥土地利用奠定了坚实基础，为此该研究选取杨凌城市污水处理厂二沉池的脱水污泥作为研究对象。

1.2污泥中重金属分析方法

Sposito顺序浸提法已被广泛应用于水体沉积物和土壤中重金属形态分析[19]，该研究中选用该方法分级提取污泥的重金属，具体操作步骤及对应重金属形态如表1所示。每个样品设5个平行样品和2个空白，取平均值作为最终结果，用原子吸收分光光度计（日立Z-5000）测定浸提液中的Zn、Cu、Ni、Pb、Cd，用分光光度法测定Cr和As，用冷原子荧光法测定Hg。

2 污泥重金属环境风险评价

2.1 污泥中重金属含量及形态分布

污泥中As和Hg未检出，其余重金属的含量如表2所示。由表2可知，污泥中Zn、Cu、Ni、Pb、Cd和Cr的总含量均低于美国USEPA503重金属控制标准，与《农用污泥中污染物控制标准》[7]（土壤pH大于等于6.5）相比，Zn、Cu、Ni、Pb、Cd和Cr含量仅为我国污泥农用标准的10.52%、8.87%、12.80%、6.03%、48.15%和11.44%。若仅从重金属总量角度考虑，杨凌区城市污泥重金属含量远低于国家标准，并且我国污泥农用标准较其他国家严格，污泥农用是比较安全的。