導(dǎo)讀:：未經(jīng)恰當(dāng)處理處置的污泥進(jìn)入環(huán)境后。北京市污泥產(chǎn)量達(dá)103.5萬t(含水率80%)。值。有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的含量有差異。

關(guān)鍵詞：污泥，含水率，pH值，有機(jī)質(zhì)，重金屬含量[1]

城市化進(jìn)程的加快，城市污水處理率正在快速提高，城市污水處理廠的污泥產(chǎn)量隨之急劇增加[1-4]。未經(jīng)恰當(dāng)處理處置的污泥進(jìn)入環(huán)境后，直接對土壤、水體、大氣產(chǎn)生二次污染，對生態(tài)環(huán)境和人類活動構(gòu)成威脅[5-7]。由于污泥中有機(jī)物、營養(yǎng)元素含量比較高，尤其是氮、磷、鉀等，如何處理利用是生態(tài)環(huán)境學(xué)科的一個重要課題。

據(jù)統(tǒng)計，2008年，北京市年污水排放量為13.4億m3pH值，污水處理率達(dá)78%，年污水處理量為10.5億m3。其中，城區(qū)年污水排放量9億m3，污水處理率達(dá)93%，年污水處理量為8.4億m3;郊區(qū)年污水排放量4.4億m3，污水處理率48%，年污水處理量為2.1億m3。根據(jù)《北京城市總體規(guī)劃(2004年-2020年)》，預(yù)計 2020年，北京市年污水排放量18億m3，污水處理率達(dá)90%，年污水處理量16.2億m3。

隨著北京市污水處理設(shè)施的增加、處理率的提高和處理程度的深化，污水處理廠的污泥產(chǎn)量急劇增加。2008年，北京市污泥產(chǎn)量達(dá)103.5萬t(含水率80%)，其中，城區(qū)86.6萬t，郊區(qū)16.9萬t。根據(jù)《北京城市總體規(guī)化(2004年-2020年)》，預(yù)計2020年，北京市全年污泥產(chǎn)量將達(dá)200萬t(含水率80%)。

由于污泥中含有大量的有機(jī)物、營養(yǎng)元素等pH值，因此污泥的資源化利用受到人們的關(guān)注，如污泥農(nóng)業(yè)利用、土地利用、建筑利用和園林綠化利用等[8-12]。為此，分析污泥的性質(zhì)是科學(xué)合理地進(jìn)行污泥處置與資源化的前提條件。

1　材料與方法

對北京市的污水處理廠進(jìn)行調(diào)查研究，考察各污水處理廠的基本運行情況。以黃村、房山城關(guān)、良鄉(xiāng)、門頭溝、延慶夏都、昌平、密云、平谷、懷柔、順義李橋、亦莊等11家污水處理廠的生污泥作為樣品，分別對含水率、pH值、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分和重金屬含量等理化性質(zhì)進(jìn)行化驗測定分析。

土壤理化分析按GB/T 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(Environmental quality standard for soils)》規(guī)定執(zhí)行。其中pH用GB/T 6920-1986方法pH測試儀測定，全氮用NY/T 53-1987測定，全磷用NY/T 88-1988測定，全鉀用GB 9836-1988測定，重金屬用GB 15618-1995測定。

2　結(jié)果與分析

2.1 pH值

pH值對污泥處理來說是十分重要的條件。一般認(rèn)為，發(fā)酵在pH6-9范圍內(nèi)進(jìn)行，且最佳pH值在8左右。研究表明[13]，國內(nèi)污水處理廠的污泥pH值均在6~9之間，總堿度為16~26mg/L左右。

pH對重金屬的穩(wěn)定性有著非常重要的作用。重金屬各種狀態(tài)的穩(wěn)定性對環(huán)境條件(主要是pH值、離子強(qiáng)度)變化的敏感程度順序為吸附及離子可交換態(tài)>氫氧化物>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)。雖然重金屬的碳酸鹽態(tài)、氫氧化物絡(luò)合態(tài)的穩(wěn)定常數(shù)比有機(jī)絡(luò)合物的大，但由于易受pH值變化的影響，因此其穩(wěn)定性反而不如有機(jī)絡(luò)合物，而重金屬硫化物不論從其穩(wěn)定常數(shù)，還是從其對pH值變化的敏感程度看，都具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。正是基于這一特性pH值，目前在穩(wěn)定污泥重金屬危害性方面，也可將污泥中一些穩(wěn)定性差的易受pH值變化影響的重金屬化合物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性較好的受pH值變化影響小的重金屬硫化物，以提高污泥農(nóng)用的安全可靠性。

本研究采集污泥的pH值在6.71~7.51(表1)，在土地利用(農(nóng)用、園林綠化、土地改良等)中施用，不會對土壤的酸堿度造成大的影響。但是污泥含水量較高(平均為82.73%)，不宜直接施用。

表1 北京市污水處理廠污泥營養(yǎng)成分g/Kg

Table 1　Nutrient content of thesewage in wastewater treatment plant in Beijingg/Kg

注：數(shù)據(jù)來源于北京市水利科學(xué)研究所水生態(tài)中心

2.2　養(yǎng)分含量

城市污泥中含有豐富的氮、磷和鉀等營養(yǎng)元素，維持植物正常生長的多種微量元素B和Mo等以及改良土鑲結(jié)構(gòu)的有機(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)，提高土雄的保水性能和保肥能力[14]。一般來說，在沒有其它限制因素時，養(yǎng)分濃度越高，農(nóng)業(yè)利用價值越大?？傮w上講，城市污泥是一種富含有機(jī)質(zhì)、高氮、高磷而低鉀的有機(jī)肥，pH為中性或偏酸性，其養(yǎng)分含量高于一般禽畜糞便，礦化速度也比農(nóng)家肥迅速[15]。北京市污水處理廠污泥營養(yǎng)成分含量(表1)中，11個污水處理廠的污泥因其來源及污水、污泥處理工藝不同，有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的含量有差異，但總體上污泥是一種富含有機(jī)質(zhì)(平均為509.45 g/kg)、高氮(平均為46.12 g/kg)、高磷(平均為45.47 g/kg)、低鉀(平均為8.33 g/kg)的有機(jī)肥pH值，呈現(xiàn)出：“三高一低”的狀況的格式。

李艷霞[16]等對我國16個城市29個污水處理廠城市污泥養(yǎng)分的統(tǒng)計分析并與美國的城市污泥中養(yǎng)分進(jìn)行比較，與國外污水污泥相比，我國城市污泥含有豐富的氮和磷等養(yǎng)分，且平均值均高于美國城市污泥，尤其是磷和氮含量普遍較高。

與中國傳統(tǒng)的農(nóng)家肥——豬糞、牛糞、雞糞相比(表2)，北京市污水處理廠污泥總氮和總磷的含量比純豬糞高120.6%和407.4%，比牛糞高176.1%和957.4%，比雞糞高97%和3.89%;北京市污水處理廠污泥中鉀的含量較低，相比純豬糞、牛糞和雞糞低34.4%、14%和93.2%。因此，城市污泥作為肥料提供氮和磷可以優(yōu)于豬糞及豬廄肥，但全鉀含量偏低，施用城市污泥時應(yīng)補(bǔ)充鉀肥。

土壤有機(jī)質(zhì)在土壤肥力中有其他元素不可代替的作用，常以它作為土壤肥力高低的指標(biāo);一般認(rèn)為≥1.7%為高肥力，≤1.2%為低肥力[17]。城市污泥經(jīng)堆肥后會形成大量腐殖質(zhì)和許多己被植物吸收狀態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì)，可以能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，促進(jìn)作物生長。李艷霞等[16]對我國16個城市29個污水處理廠城市污泥養(yǎng)分的統(tǒng)計分析并與美國的城市污泥中養(yǎng)分進(jìn)行比較，我國污泥中有機(jī)質(zhì)含量(384g/kg)較美國(534g/kg)低。但是pH值，北京市污水廠污泥有機(jī)質(zhì)含量(509.45g/kg)與美國(534g/kg)接近。另外，北京市污泥中的有機(jī)質(zhì)含量(509.15g/kg)與傳統(tǒng)農(nóng)家肥相比，相當(dāng)于純豬糞有機(jī)質(zhì)平均含量的71.3%;相當(dāng)于牛糞有機(jī)質(zhì)平均含量的80.3%;相當(dāng)于雞糞有機(jī)質(zhì)平均含量的97.9%。

表2 傳統(tǒng)農(nóng)家肥的有機(jī)質(zhì)含量及養(yǎng)分含量 g/Kg

Table 2 Organic matter and nutrientsconcentrations in traditional farm manure g/Kg

2.3　重金屬含量

在污水處理過程中，污水中50%~80%以上的重金屬通過細(xì)菌吸收、細(xì)菌和礦物顆粒表面吸附，以及無機(jī)鹽(磷酸鹽、硫酸鹽)共沉淀等多種途徑濃縮到產(chǎn)生的污泥中[19]。而污泥中重金屬種類和數(shù)量也因城市生活、生產(chǎn)特點的不同而異。城市污泥中主要含有Cu、Zn、Cd、Ni、Cr、Pb、Hg和As等有害有毒重金屬。研究發(fā)現(xiàn)，污泥中重金屬的85%~95%附著于生物團(tuán)(細(xì)菌碎屑)上，5%~15%存在于礦物顆粒和有機(jī)碎屑顆粒物上，很少一部分存在于可溶態(tài)和膠狀的有機(jī)物質(zhì)上[19,20]。重金屬有劑量小、危害大、易富集等的特點，一直是限制污泥農(nóng)業(yè)利用的最主要的因素[21,22]。因此，污泥中潛在的重金屬污染(Cu、Cd、Pb、Ni和Zn)得到了廣泛的關(guān)注。即使是植物必須的微量元素，Cu和Zn等，其在土壤中的含量超過了一定濃度，也會對植物產(chǎn)生毒害作用。

陳同斌等[23]對國內(nèi)(1994-2001年)報道的城市污泥重金屬的資料進(jìn)行統(tǒng)計分析表明，我國城市污的Ni、Pb、Cr、Cu和Zn含量變化幅度很大，極差最高達(dá)幾千個mg/kg。城市污泥中的各種金屬含量，Zn含量普遍較高，這可能是因為我國城市大量使用鍍鋅管道，導(dǎo)致城市污水中Zn含量較高的緣故。其次是CupH值，再次是Ni和Pb。而Cd、Hg、As含量除極個別污水廠外，通常含量低，在幾個到幾十個mg/kg范圍內(nèi)的格式。不同污水處理廠重金屬的含量差別較大，可能與污水來源、污水量及處理工藝有關(guān)。

北京市污水處理廠污泥中含有Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Ni、As、Hg等重金屬，見表3。北京市不同地區(qū)的污泥重金屬含量差異較大，但污水廠污泥重金屬含量均未超出我國農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，只有個別區(qū)縣的污泥中重金屬含量稍微超標(biāo)?？傮w來說，北京市污水污泥的重金屬含量不高，遠(yuǎn)低于美國、加拿大、歐盟等國農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)中的重金屬限值(見表4)。

從表4中可以看出，北京市污水處理廠污泥重金屬含量平均值均不超標(biāo)，即使容易超標(biāo)的Zn、Cu、Cd和Pb平均含量與歐美標(biāo)準(zhǔn)相比，也不超過標(biāo)準(zhǔn)。從表3中發(fā)現(xiàn)，Cu含量(2401.11mg/kg，懷柔污水處理廠)超過中國標(biāo)準(zhǔn)60%，超過歐盟、德國、法國標(biāo)準(zhǔn)37.2%、140.1%、200.1%;Ni含量(326.96mg/kg，密云污水處理廠)超過中國標(biāo)準(zhǔn)63.4%，也超過德國、法國標(biāo)準(zhǔn)63.4%;As含量(111.39mg/kg，亦莊開發(fā)區(qū)污水處理廠)超過中國標(biāo)準(zhǔn)值48.5%pH值，也超過美國標(biāo)準(zhǔn)48.5%。

表3北京市污水處理廠污泥重金屬mg/Kg

Table 3　 Heavy metal contentof the sewage in wastewater treatment plant in Beijing mg/kg

表4 歐美及中國的城市污泥土地利用重金屬控制標(biāo)準(zhǔn)

Table 4 The heavy metal limits for landapplication of Europe and USA and China

3　結(jié)論

由于污水處理廠的處理水源不同、處理工藝不同，生產(chǎn)的污泥中養(yǎng)分和重金屬含量各不相同，可資源化利用的價值也不相同。用做農(nóng)用、園林綠化、土地改良等介質(zhì)土的污水處理廠污泥，含有足夠的有益成分，N、P、有機(jī)質(zhì)含量較高，對土壤能起到改良作用，促進(jìn)植物生長。

以上分析也表明，北京市城市污泥的重金屬含量普遍低于歐美國家標(biāo)準(zhǔn)，也低于中國國家標(biāo)準(zhǔn)，而且還將呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢[23]。因此，城市污泥在進(jìn)行土地利用時重金屬環(huán)境風(fēng)險并不像人們想像的那樣嚴(yán)重，近年來的相關(guān)研究也證明[25,26]：合理進(jìn)行城市污泥土地利用并不會造成土壤和農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染問題。

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