我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征及变化规律

张亚婧

摘 要：随着城市污水处理建设的不断创新和加强，污水处理的效率已经今非昔比。但是随着处理的城市污泥大量产生，污泥的处理方法和对于环境的威胁因素也就得到了越来越多的关注。城市污泥的再次利用和妥善处置是我国现阶段污水处理的重要问题。进行污泥的综合处理利用需要研究重金属的分布特征和其变化规律，为选择更有效的污水处理方式提供可靠的依据。

关键词：污水处理；重金属；变化范围；分布特征

1 绪论

在污水处理厂进行污水处理的时候会伴随着剩余污泥的产生，所以同时需要考虑的就是污泥的处理问题和处置方法。

以我国目前的污水处理水平，多数污水厂采用的是填埋、二次农业利用和燃烧处理等[1]。但污泥中含有的重金属有着限制二次农业利用的污染问题需要考虑。所以，本文主要探究的就是污泥中重金属的分布特征和重金属的变化规律问题，为污水处理中的污泥重金属污染问题提供依据和思路。

2 材料与方法

2.1 实验仪器与设备

测定依据是CJ/T221-2005的城市污水处理厂规定的污泥检验方法[2]。取干燥、研磨完毕的污泥样品5.0g（±0.1g），将取好的样品置于100mL的高型烧杯中后加入KCl溶液50mL，然后将烧杯密封放入恒温培养振荡器中，开始震动5分钟之后静止放置1到3个小时。用PH计进行测量并记录下来。

2.2 藥品试剂

使用的试剂：纯度BV-Ⅲ的硝酸；纯度GR的硫酸、氢氟酸；纯度AR的氯化钾；各重金属的标准溶液。

2.3 实验方法

2.3.1 污泥的PH值测定。测定依据是CJ/T221-2005的城市污水处理厂规定的污泥检验方法[2]。取干燥磨好的污泥样品5.0g（±0.1g），将取好的样品置于100mL的高型烧杯中后加入KCl溶液50mL，然后将烧杯密封放入恒温培养振荡器中，震动5分钟之后静止放置1到3小时。用PH计进行测量并记录。

2.3.2 污泥中重金属的含量分析。取0.2g（±0.0002g）的污泥样品，将样品放置在100mL的含盖聚四氟乙烯烧杯中，将5mL HF、5mL HNO3、3mL HClO4依次加入。盖上后放置在220-250度的电热板上进行1小时的加热，开盖后消解直至粘稠，后继续加入3mL HF、3mL HNO3和1mL HClO4，消解完成前重复上述步骤。待白烟散去且烧杯内的样品呈粘稠状时将烧杯取下冷却，冲洗后还可加入1mL HNO3进行残渣溶解。然后定容到100mL后进行纤维滤膜过滤置于PE离心管，保存温度4度。测定之前先放入离心机中进行10分钟1000转，通过使用原子进行吸收分光光度计来测定上层清夜中的Cd、Cr、Pb、Ni、Zn和Cu的含量，设置三个平行样的测试方法，测试值选取三个样品的平均值。分别选取10mL的清夜放置在25mL的比色管中，加入5mL HCl后蒸馏水定容至刻度后摇匀。最后用AFS来分析As、Hg。

3 结果与讨论

3.1 污泥中的重金属分布特征

将选取的29个污泥样品进行pH测量后，pH值都在6.1值左右，范围为（5.6，6.9）。为了有效地管理监控污泥中的重金属和其他的有害物质，本文根据我国自身的污泥性质和所具有的土壤环境等情况对污泥的排放值和关于土地的重金属含量上限值都做出了规定，规定了相关的使用标准[3]。而本文选取的29个污泥样品重金属的含量统计结果如表1所示。

表1的数据显示了同种元素在不同的污泥样品中的含量具有较大的变化范围，表中的八种重金属为Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn，它们的含量范围（为mg*kg-1）分别是（5.81，20.6），（18.5，134），（25.3，72.2），（40.2，725），（76.1，1002）和（305，47680）。所以污泥中As的含量最值之间的差值为3.55倍，Cd为11.6倍，Cr为17.34倍，Hg为5.45倍，Pb为2.85倍，Cu为14.5倍，Zn为52.71倍，Ni为29.95倍。数据显示出除了不同城市之间的社会经济发展水平区别及污水处理方式不同外更重要的污染原因可能是工业污水的混入。

3.2 我国城市污泥中不同重金属元素的质量分数变化特征

由于污泥重金属含量的变化与污水的来源和处理方法等过程的区别，不同地区所得到的结果也不尽相同。本文选取了其中的3种进行分析。

3.2.1 汞元素的变化特征。汞元素在污泥中的含量不高，但危害却极大[4]。表2中的数据显示出，实验中测量的Hg元素存在形态多为残渣态，所占比例高于97%。但在残渣状态时并不影响环境，所以并没有污染威胁。

3.2.2 污泥样品中铬元素的变化特征。铬元素的含量难以修复所以生物的有效性很高[5]。根据表3中数据可知污泥中的铬元素的生物有效性较低，威胁性较差。

3.2.3 污泥样品中砷元素的变化规律。表4可看出污泥样品中砷主要的状态为残渣态及腐殖酸结合态，铁锰氧化物结合态比例约为10%，残渣态所占比例约大于58%。污泥中的砷元素多为稳定态，对环境威胁较小。

4 结束语

不同的污水处理厂中所有的污泥样品中的重金属元素的总量差异较大，八种重金属为Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn；同一种重金属元素在不同的污泥样品中的含量变化范围均不小。以Cu元素的含量举例，Cu的最小值为40.2mg*kg-1，最大值为725mg*kg-1，最值之间的差值高达680mg*kg-1。而本次研究的重金属元素中Ni、Cr、Cu和Zn的离散程度相对而言较大；分析发现污泥中的重金属含量超标率并不高，且其中的大部分重金属元素并没有超标，根据文献查阅发现与全国其他地区的重金属含量相差不大，所以本次研究的污泥样品中的重金属元素还是具有代表性的。

参考文献

[1]张丽丽，李花粉，苏德纯.我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征及变化规律[J].环境科学研究，2013，26（3）：313-319.

[2]姚金玲，王海燕，于云江，等.城市污水处理厂污泥重金属污染状况及特征[J].环境科学研究，2010，23（6）：696-702.

[3]张灿，陈虹，余忆玄，等.我国沿海地区城镇污水处理厂污泥重金属污染状况及其处置分析[J].环境科学，2013，34（4）：1345-1350.

[4]莫志强.我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征研究[J].建筑工程技术与设计，2016（20）.

[5]EMDD.我国城市污水处理厂污泥中重金属я布特征及变化规律[J].Hjkxyj.org：cn.