【摘要】隨著國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)文明腳步的加快，污泥土地利用被認(rèn)為是最有希望突破的處置方向之一。目前我國(guó)的污泥處置從“提出技術(shù)路線、開發(fā)重大裝備、完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、建設(shè)示范工程”發(fā)展目標(biāo)逐步轉(zhuǎn)化為“全鏈條能力提升、建立產(chǎn)業(yè)化模式”的發(fā)展需求。

現(xiàn)階段厭氧消化、好氧堆肥是國(guó)內(nèi)污泥處理的重要方式，土地利用是主要處置方向之一，而重金屬成為了污泥土地利用安全處置的主要“限制性”因素。2009年住建部發(fā)布實(shí)施《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T309-2009），對(duì)8種重金屬提出了限制要求，2018年國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局基于以上標(biāo)準(zhǔn)修改發(fā)布了《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284-2018），同樣對(duì)8種重金屬提出了限制要求，較CJ/T309-2009更加嚴(yán)格。現(xiàn)行指標(biāo)限值相對(duì)城市污泥性質(zhì)而言偏嚴(yán)格，管理部門對(duì)污泥土地利用“談泥色變”，導(dǎo)致土地利用始終看不見“曙光”。

現(xiàn)行的土壤環(huán)境管理體系常用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和區(qū)域土壤環(huán)境背景值來快速評(píng)判污泥土地利用對(duì)土壤的污染程度，其主要方法包括單因素指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等。對(duì)于上述評(píng)價(jià)模型，存在一定缺陷：①未充分考慮重金屬各形態(tài)導(dǎo)致的生物利用性差異帶來的風(fēng)險(xiǎn)；②未綜合考慮重金屬之間的生物毒性差異和環(huán)境背景值�；谝陨戏治�，本文建立基于重金屬生物可利用性和土地利用方式的土壤重金屬層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)剩余污泥處理效果和土地利用重金屬風(fēng)險(xiǎn)，為污泥土地利用進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

污泥農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估得到的結(jié)果并非絕對(duì)，污泥農(nóng)用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)同樣是相對(duì)的。不同污泥農(nóng)用樣品以及相同樣品不同取樣時(shí)間的變化均對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)存在不同的影響，污泥農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是定性與定量指標(biāo)相結(jié)合的綜合體系。因此，針對(duì)污泥農(nóng)用重金屬污染程度的“模糊”特性，本部分選用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)農(nóng)用重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。本模糊評(píng)價(jià)方法分別通過建立重金屬評(píng)估對(duì)象，測(cè)定各重金屬元素不同提取態(tài)，對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，利用地累積指數(shù)評(píng)價(jià)模型計(jì)算不同污泥樣品農(nóng)用重金屬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值。

地累積指數(shù)評(píng)價(jià)模型

地積累指數(shù)法是由德國(guó)科學(xué)家Muller于1969年提出的，運(yùn)用地累積指數(shù)法一方面可以定性判定人為活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境中重金屬的影響，另一方面表達(dá)了重金屬累積的自然分布特征。該方法不僅考慮了自然成巖作用對(duì)背景值造成的影響，而且也考慮了人為活動(dòng)對(duì)重金屬造成的影響。

式中Ci為污染物檢測(cè)實(shí)測(cè)值，mg/kg。Ci為重金屬元素i土地利用施用區(qū)域地球化學(xué)背景值，mg/kg。k是為了修正造巖運(yùn)動(dòng)引起的背景波動(dòng)而設(shè)定的系數(shù)。依據(jù)地累積指數(shù)可把土壤中重金屬污染程度分為7個(gè)等級(jí)。

由于重金屬的地球化學(xué)背景值選擇差異會(huì)帶來一定的不確定性，將其表示為三角模糊數(shù)：

式中B2為背景值，B1和B3分別對(duì)應(yīng)背景值賦予的±10%的變化幅度。選取上海市土壤環(huán)境背景值，先將地球化學(xué)背景值進(jìn)行三角模糊化：

重金屬自身的生物毒性權(quán)重系數(shù)

取Hakanson制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性系數(shù)為重金屬自身的生物毒性權(quán)重系數(shù)（μi），μi是基于重金屬的地球化學(xué)豐度而制定，可以很好地表征不同重金屬的生物毒性差異，并已廣泛用于實(shí)際污染危害評(píng)價(jià)中。分別定義各重金屬自身的生物毒性權(quán)重系數(shù)為：μAs=10，μNi=μPb=μCu=5，μCr=2，μZn=1。利用毒性權(quán)重系數(shù)建立判斷矩陣，通過算術(shù)平均值計(jì)算權(quán)重，得：QAs=0.38，QNi=0.17，QPb=0.17，QCu=0.17，QCr=0.07，QZn=0.04。

重金屬不同化學(xué)形態(tài)的生物毒性權(quán)重系數(shù)

目前，經(jīng)典的重金屬形態(tài)分析方法是Tessier等提出的，按此方法可將土壤重金屬分為五種化學(xué)賦存形態(tài)：可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵-錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)絡(luò)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。其中，可交換態(tài)是指被土壤膠體表面非專性吸附且可被中性鹽取代，易于遷移轉(zhuǎn)化，同時(shí)也是易于被植物根部“攝入”的重金屬部分；碳酸鹽結(jié)合態(tài)指以沉淀的形式存在于碳酸鹽中的重金屬部分，并且pH對(duì)此形態(tài)穩(wěn)定性有關(guān)鍵影響，在酸性條件下易于釋放；鐵錳氧化結(jié)合態(tài)是指吸附于土壤中氧化鐵錳或黏粒礦物的專性交換位置的重金屬部分，其不能被中性鹽溶液所交換，只能被親和力相似或更強(qiáng)的金屬離子置換，當(dāng)氧化還原電位降低時(shí)容易釋放出來；有機(jī)絡(luò)合態(tài)是指通過化學(xué)鍵形式被土壤有機(jī)質(zhì)專性吸附的重金屬部分，在有機(jī)質(zhì)分解時(shí)會(huì)釋放；殘?jiān)鼞B(tài)是結(jié)合在土壤硅鋁酸鹽礦物晶格中的重金屬部分，其在一般情況下很難釋放且也難以被植物吸收。綜上，重金屬各形態(tài)中可交換態(tài)重金屬的生物毒活性風(fēng)險(xiǎn)性最大，其它依次為碳酸鹽結(jié)合態(tài)＞鐵-錳氧化物結(jié)合態(tài)＞有機(jī)絡(luò)合態(tài)＞殘?jiān)鼞B(tài)，結(jié)合專家咨詢法將重金屬5種不同形態(tài)的潛在生物毒活性分別以5個(gè)級(jí)別的生物毒活性權(quán)重系數(shù)（Qk）對(duì)應(yīng)表示，并將其三角模糊化為：

基于生物毒性雙權(quán)重的模糊評(píng)價(jià)模型評(píng)估

根據(jù)地累積指數(shù)法，可得到基于隨機(jī)模糊的土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法：

式中，Ω是重金屬i的生物毒性雙權(quán)重模糊值；Qik是重金屬i的k形態(tài)的生物毒活性權(quán)重系數(shù)；Wik是重金屬i中k形態(tài)的含量對(duì)總含量百分貢獻(xiàn)率；μi是土壤中重金屬i自身的生物毒性權(quán)重系數(shù)；Iim是重金屬i的隨機(jī)模糊污染評(píng)價(jià)m次模擬得到的數(shù)據(jù)集；Ci是重金屬i的實(shí)測(cè)含量值，mg/kg。

堆肥數(shù)據(jù)實(shí)例計(jì)算

① 某膜覆蓋好氧堆肥5次取樣重金屬形態(tài)分析結(jié)果：

② 將上述數(shù)據(jù)帶入公式（3）和（4）計(jì)算評(píng)價(jià)模糊值，結(jié)果見下表：

③ 利用層次分析法及計(jì)算得到的各重金屬權(quán)重，計(jì)算樣品的土地利用風(fēng)險(xiǎn)值：

樣品1=（1.67，2.13，2.41）；樣品2=（1.12，1.64，1.95）；

樣品3=（1.54，2.02，2.30）；樣品4=（1.65，2.16，2.46）；

樣品5=（1.43，1.94，2.24）。

以樣品1為例，樣品44.6%的可能性屬于輕度污染，65.4%的可能性屬于中度污染。

通過以上模型的建立，可以充分考慮污泥的不同價(jià)態(tài)生物毒性的差異，利用總量、形態(tài)和土壤背景值的相互關(guān)系，在三角模糊評(píng)價(jià)和地累積指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，避免了低估有些濃度低但主要以高生物可利用性形態(tài)存在的重金屬污染作用或者高估那些濃度高但主要以低生物可利用性形態(tài)存在的重金屬污染作用，為污泥農(nóng)用提供了數(shù)字化的評(píng)價(jià)方式。

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