東莞市城鎮污水處理廠污泥中養分及重金屬特征分析

嚴 霞

（東莞市石鼓污水處理有限公司，廣州 東莞 523000）

近年來，隨著水污染治理的力度不斷加大，東莞市新建了一批污水處理廠，從2015年的40多家增長到2021年的60多家，而污泥作為污水處理的副產物，其產量也在大幅增長。目前，我國城市污水處理廠的污泥處置主要以衛生填埋為主，該方法占到了各種處置方式總比例的63%[1]，但固體廢物填埋存在著占地面積大，滲濾液泄露污染環境的缺點。隨著東莞市城鎮污水處理廠的繼續新建，污泥的妥善處置，特別是減量化、穩定化、無害化的處理處置已成為東莞市污水處理中急需解決的重大問題。

東莞市城鎮污水處理廠污泥的養分和重金屬分析鮮有報道，本研究選取東莞市7家城鎮污水處理廠，來分析污泥的養分和重金屬特征，采用Pearson相關性分析探討了污泥重金屬的相關性，并用單因子污染指數法評估了污泥重金屬的生態風險，以此為污泥資源化利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

從2018～2019年，對東莞市7家城鎮污水處理廠每季度開展1次污泥采集，每次采樣量不小于1 kg，共56個樣品。這7家污水處理廠均為城鎮生活污水處理廠，污水處理工藝多為活性污泥法，包括改良A2/O工藝、MSBR工藝及氧化溝工藝，其設計處理規模共64萬t/d。

1.2 檢測方法

檢測項目包括pH值、含水率、有機物含量、總養分（總氮、總磷、總鉀）、重金屬（Cd、Pb、Cr、Hg、As、Cu、Zn、Ni），均采用《城鎮污水處理廠污泥檢驗方法》（CJ/T221-2005）進行測定。

2 數據分析

2.1 污泥pH值、含水率、養分含量特征分析

城鎮污水處理廠的污泥中含有大量有機質、氮磷鉀養分元素和多種植物生長所需的微量元素，有利于提高農作物產量和減少化學肥料的使用[2-3]。

7家東莞市城鎮污水處理廠污泥的pH值、含水率、養分含量的檢測結果詳見表1，污泥pH值在4.0～8.1之間，91%的樣本pH滿足園林綠化或土地改良的污泥酸堿度要求；污泥含水率在43.6%～79.8%之間。污泥中養分較為豐富，有機物含量及總養分均高于《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（GB/ T 23486-2009）和《城鎮污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質》（GB/T 24600-2009）中的限值要求。其中，有機物含量平均值為40.2%；總養分含量平均值為5.42%，由此得出，這7家污水處理廠污泥具有較高的農用價值，適合于園林綠化、土地改良。但由于污泥含水率較高，應進一步進行脫水處理才能處置利用。

表1 污泥養分含量檢測結果匯總

2.2 污泥中重金屬含量特征分析

7家東莞市城鎮污水處理廠污泥重金屬含量詳見表2，結果表明，部分污泥中重金屬污染嚴重，對照《城鎮污水處理廠污泥泥質》（GB 24188-2009）標準限值，Cd、Pb、Hg、As、Zn最大值均低于標準限值，Cr、Cu存在超過標準限值的情況，Ni的均值超過標準限值。Cr、Cu、Ni超標率分別為18%、23%、45%。在污水處理過程中，有70%～90%的重金屬通過吸附或沉淀轉移到污泥中[4]，本次研究的部分污水處理廠進水存在較多工業廢水，8種重金屬中Pb、As、Zn、Ni的變異系數均在50%～100%間，Cd、Cr、Hg、Cu的變異系數超過100%，表明污泥重金屬含量變化范圍較大。

表2 污泥中重金屬含量的檢測結果匯總

污泥中8種重金屬的含量呈現Cu＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Hg ＞Cd的分布順序特征，Cd含量低于全國平均水平，Pb含量與全國平均水平持平，Hg、As、Zn含量均高于全國平均水平，Cr、Cu、Ni含量均顯著高于全國平均水平。

根據研究，部分工業過程，如電鍍行業和電池制造行業會造成Cd和Hg的污染[5]，As主要來源是含As木材防腐劑和含As洗滌劑等，Zn、Cu可能與城市管網鍍Zn、鍍Cu管道的使用有關[5]。生活污水中Ni的主要來源有電鍍產品、電池等電子元器件的使用[6]，Cr主要來自不銹鋼的使用、防水布料和照相制版、皮革制劑、鞣革等[7]。本次研究涉及到的污水處理廠污泥中As、Cr、Cu、Ni含量偏高，與東莞市電子、制鞋等加工業發達特征相一致。

2.3 污泥中重金屬單因素污染指數分析

參照《城鎮污水處理廠污泥泥質》（GB 24188-2009）限值，按單因子污染指數法計算污泥重金屬污染物分擔率。計算公式如下：

單因子污染指數（1）；

Ci—第i項污染物的監測值；

Si—第i項污染物評價標準；

污染物分擔率（2）

污泥重金屬污染物分擔率詳見表3，從表3可以看出，污泥中8種重金屬污染分擔率順序為：Ni＞Cu＞Cr＞As＞Zn＞Cd＞Hg＞Pb，因此Ni、Cu為本次研究涉及的城鎮污水處理廠污泥的主要污染物。

表3 污泥中重金屬污染物的分擔率

2.4 污泥重金屬相關性分析

采用IBM公司出的統計軟件SPSS Statistic，版本號28的軟件系統對污泥重金屬數據進行Pearson相關性分析，污泥重金屬之間Pearson的相關系數詳見表4。從表4可以看出，Cd、As與其他元素相關性均不顯著，Hg與Pb之間相關性顯著，Pb、Cr、Zn、Ni之間呈極顯著正相關，Cu與Cr之間呈極顯著正相關。

表4 污泥中重金屬Pearson相關系數

3 結論

（1）本次研究涉及的東莞市7家城鎮污水處理廠污泥中養分較為豐富，其中有機物含量平均值為40.2%，總養分含量平均值為5.42%，具有較高的農用價值，適用于園林綠化及土地改良。由于含水率較高，應進一步脫水處理才可以處置利用。

（2）污泥中8種重金屬含量順序為Cu＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Hg＞Cd，且污泥8種重金屬中Pb、As、Zn、Ni的變異系數在50%～100%間，Cd、Cr、Hg、Cu的變異系數超過100%，污泥重金屬含量變化范圍較大。

（3）通過Pearson相關性分析，Cd、As與其他元素相關性不顯著，Hg與Pb之間相關性顯著，Pb、Cr、Zn、Ni之間呈極顯著正相關，Cu與Cr之間呈極顯著正相關。

（4）單因子污染指數法評估結果顯示，Cu、Ni的污染物分擔率占一半以上，這兩種重金屬為本次研究涉及的城鎮污水處理廠污泥中的主要污染物。由于污泥重金屬的釋放會造成土壤污染，也會帶來潛在的生態及健康風險。因此，在對污泥進行資源化利用前，需降低其重金屬含量，特別是污泥中的Ni和Cu，避免產生環境風險，以此保證污泥資源化利用的安全性。