： 　　根据当前全国排放污水量计算，每年可排放污泥（含水75%）5000万吨左右（1），其处理方法主要以垃圾场堆放为主，污泥的清运需要消耗大量的人力、物力，又易造成二次污染，因此，寻求污泥的资源化回收利用具有巨大的现实意义。在国内，大部分污水处理厂都在为污泥的回收利用进行积极的探索、尝试，由于污泥中有机质、营养元素含量丰富，是一种难得的有机肥资源，所以污泥的农业利用是最经济实惠的研究方向，但污泥农业利用中最令人担心的是污泥中的重金属污染问题。本文根据污泥中重金属存在形态及农用后对土壤、植物的影响情况，进行了大量的研究和测试，旨在为其在......

　　根据当前全国排放污水量计算，每年可排放污泥（含水75%）5000万吨左右^（1），其处理方法主要以垃圾场堆放为主，污泥的清运需要消耗大量的人力、物力，又易造成二次污染，因此，寻求污泥的资源化回收利用具有巨大的现实意义。在国内，大部分污水处理厂都在为污泥的回收利用进行积极的探索、尝试，由于污泥中有机质、营养元素含量丰富，是一种难得的有机肥资源，所以污泥的农业利用是最经济实惠的研究方向，但污泥农业利用中最令人担心的是污泥中的重金属污染问题。本文根据污泥中重金属存在形态及农用后对土壤、植物的影响情况，进行了大量的研究和测试，旨在为其在青岛地区乃至全国合理利用这部分资源提供依据。

　　1. 试验材料与方法

　　1.1　试验材料

　　消化污泥取自青岛市海泊河污水处理厂污泥处理车间泥饼。

　　1.2　试验方法

　　1.2.1　污泥中重金属形态分析试验

　　目前，关于污泥中重金属形态的理论依据，被人们广泛接受的是Tessier于1979年提出的化学试剂分步提取法^（2），他将固体颗粒物中重金属的化学形态分为五种：①可交换态②碳酸盐结合态③铁锰氧化物结合态④硫化物及有机结合态⑤残渣态，前三种形态为不稳定态，后两种为稳定态。分离提取所用试剂及条件如下：

　　可交换态：             1.0mol/L MgCL₂(PH=7.0).22±3℃

　　碳酸盐结合态：         1.0mol/L NaAc  PH=5.0  室温

　　铁锰氧化物结合态：     0.04mol/L NH₂OH·HCl   96℃

　　硫化物及有机结合态：   0.02mol/L HNO₃+30%H₂O₂(PH=2.0) 85℃ 4h

　　残渣态：               浓HNO₃，电热板加热至近干

　　重金属总量：           浓HNO₃，电热板加热至近干

　　提取液中重金属的测定方法如下：

重金属 镉、镍、铅、锌、铜Cd、Ni、Pb、Zn、Cu 总铬（Cr） 砷、汞（As）（Hg） 检测方法 CJ26.15-91 GB7466-87 原子荧光法

　　1.2.2　污泥不同施用量对作物及土壤中重金属元素含量的影响研究于1997-1999年，在池栽条件下进行，试验对象为小麦、玉米，分为不施污泥和亩施500kg、1000kg、2000kg四个处理。收获后测定土壤和作物可食部分的8种重金属元素含量。土壤和植物样品的采集与处理方法，按《土壤农业化学常规分析方法》^（3）进行，土壤样品的化学分析方法，参照国家环保局《水和废水监测分析方法》（第三版）^（4）进行，粮食和蔬菜样品的化学分析方法，参照国家颁布的食品卫生监测标准方法（GB5009,11-17-85）^（5）进行。

　　2.   试验结果与分析

　　2.1　消化污泥中的重金属形态分析

　　在实验数据表中有“回收率”一栏，这是根据物料平衡原理归纳了实际操作与分析过程中的各种误差而造成的总物料衡算中的偏差，以判断试验结果的正确程度，计算结果表明，绝多数回收率均在90%-105%之间，由此可见，实验数据基本上可用。另外，样品的检测都设置了平行样。分析结果见表2-1。

　　表2-1     重金属在消化污泥中的形态分布（mg/kg干污泥）

项目 铜 锌 镍 铬 镉 铅 汞 砷 总浓度 _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=24 height=28 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337343.gif">} 241 2800 141 48.6 3.1 144 0.639 4.19 217 2670 139 48.4 3.0 150 0.697 6.17 可交换态 _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=21 height=29 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337183.gif">} - 90 32 6.8 - - - - - 80 33 6.7 - - - - _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=24 height=31 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337418.gif">}（%） 0 3.2 22.9 14.0 0 0 0 0 0 2.9 23.9 13.8 0 0 0 0 碳酸盐结合态 _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=21 height=29 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337224.gif">} 3 350 16 5.2 - - - - 2 330 18 5.0 - - - - _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=32 height=31 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337619.gif">}（%） 1.3 12.3 13.0 10.8 0 0 0 0 1.0 12.0 11.4 10.4 0 0 0 0 铁锰氧化物结合态 _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=21 height=29 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337563.gif">} - 1400 43 3.4 - - - - 1 1366 45 3.5 - - - - _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=25 height=31 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337671.gif">}（%） 0 49.3 31.1 7.0 0 0 0 0 0.5 49.5 32.1 7.2 0 0 0 0 硫化物及有机结合态 _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=21 height=29 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145337585.gif">} 190 710 28 0.8 - - - - 165 704 27 0.6 - - - - _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=25 height=31 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338755.gif">}（%） 79.2 25.0 19.6 1.7 0 0 0 0 78.6 25.5 20.0 1.2 0 0 0 0 残渣态 _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=21 height=29 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338290.gif">} 47 290 17 32.1 3.1 138 0.586 4.07 42 280 19 32.4 3.1 138 0.688 5.80 _{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=25 height=31 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338881.gif">}（%） 19.6 10.2 13.6 67.0 100 100 100 100 20.0 10.1 12.3 67.4 100 100 100 100 回收量_{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=41 height=45 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338666.gif">} 240 2840 140 48.3 3.1 138 0.586 4.07 210 2760 138 48.2 3.1 149 0.688 5.80 回收率η(%) 99.4 99.6 99.3 99.4 100.0 95.8 91.7 97.0 96.9 99.3 99.3 99.6 103.3 99.3 98.7 94.1

　　注: (1)表中数据为平行测定结果平均值，_{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=21 height=33 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338923.gif">}为单项测定结果。

　　(2)“-”表示未检出。

　　(3)百分率:_{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=23 height=35 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338782.gif">}=_{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=21 height=33 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338923.gif">}/_{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=41 height=45 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338467.gif">}×{bfb}

　　(4)回收率:η=(_{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=41 height=45 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338467.gif">}/_{0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=23 height=27 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338620.gif">})×{bfb}

　　由上表可知，在污泥所含的八种重金属元素中，锌不但含量高，而且主要以不稳定态（离子）的形式存在，不稳定态约占总含量的74%，但锌属微量元素肥料，合理控制施用量将起到有益的作用；铜主要以稳定的硫化物及有机结合态存在（约70%），不稳定态的含量约10%；镍在五种化学形态含量分布较为均匀；铬主要以残渣态存在，占60%以上，不稳定态的含量约占三分之一，其硫化物及有机态的含量极少；汞、镉、铅、砷这几种毒性较强的元素几乎全部以稳定态形式存在。

　　2.2　污泥不同施用量对作物籽粒和土壤环境的污染评价

　　本文中的数据为99年作物收获后的测定数据。重金属元素对作物和土壤环境的污染评价，通常采取污染指数法，算式如下：

　　2.2.1　单因子污染指数法：Pi=Ci/Si

　　式中：Pi为污染元素i的污染指数

　　Ci为污染元素i的实测值

　　Si为污染元素i的评价标准值

　　2.2.2　多因子评价法：0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338518.gif" width="239" height="27">

0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" width=2 height=2 src="/water/UploadFiles_3138/200611/20061112145338214.gif">式中: P 为综合污染指数；

　　Ci为污染元素i的实测值

　　Si为污染元素i的评价标准值

　　表2-2   污染分级标准

级别 污染分级 分级标准 Ⅰ P＜1 未污染 Ⅱ 1＜P＜2 轻度污染 Ⅲ 2＜P＜3 中度污染 Ⅳ P＞3 重度污染

　　表2-3     小麦污泥不同施量土壤重金属元素污染指数

污泥施量（kg/亩） 单项污染指数（Pi） 综合污染指数（P） Zn Ni Cr Cu Pb As Cd Hg 0 0.306 0.560 0.272 0.435 0.204 0.199 0.319 0.103 0.449 500 0.481 0.687 0.283 0.493 0.324 0.240 0.342 0.094 0.551 1000 0.534 0.777 0.305 0.490 0.378 0.244 0.372 0.119 0.619 2000 0.873 0.993 0.344 0.495 0.552 0.263 0.402 0.122 0.788

　　表2-4  玉米污泥不同施量土壤重金属元素污染指数

污泥施量（kg/亩） 单项污染指数（Pi） 综合污染指数（P） Zn Ni Cr Cu Pb As Cd Hg 0 0.275 0.158 0.256 0.543 0.466 o.197 0.315 0.099 0.435 500 0.424 0.286 0.261 0.650 0.468 0.201 0.330 0.112 0.519 1000 0.544 0.351 0.287 0.777 0.480 0.197 0.357 0.105 0.614 2000 0.954 0.506 0.326 0.833 0.529 0.201 0.394 0.107 0.756

　　表2-5   污泥不同施量小麦籽粒重金属元素污染指数

污泥施量（kg/亩） 单项污染指数（Pi） 综合污染指数（P） Zn Ni Cr Cu Pb As Cd Hg 0 0.504 0.190 0.541 0.681 0.260 0.105 0.478 0.058 0.543 500 0.583 0.341 0.590 0.625 0.280 0.105 0.385 0.096 0.576 1000 0.903 0.457 0.689 0.715 0.320 0.145 0.398 0.098 0.748 2000 0.955 0.319 0.655 0.760 0.300 0.130 0.358 0.090 0.760

　　表2-6    污泥不同施量玉米籽粒重金属元素污染指数

污泥施量（kg/亩） 单项污染指数（Pi） 综合污染指数（P） Zn Ni Cr Cu Pb As Cd Hg 0 0.303 0.407 0.123 0.623 0.745 0.120 0.368 0.080 0.581 500 0.487 0.434 0.098 0.637 0.850 0.040 0.357 0.080 0.656 1000 0.610 0.416 0.098 0.505 0.478 0.080 0.368 0.080 0.426 2000 0.433 0.449 0.113 0.307 0.635 0.080 0.334 0.080 0.498

　　由上表可知，不同污泥使用量的玉米和小麦收获后，土壤重金属元素的污染指数，不同元素之间相差较大，这与元素的含量和国家规定的标准值有关； 8种元素的污染指数与污泥使用量均达到极显著正相关，但连续施用三年后，无论是综合污染指数还是单元素污染指数都小于1，对土壤环境未形成污染。

　　据报道，作物所吸收的重金属元素，绝大部分残留于根部，其次是茎叶，转移到可食部分中去的极少，如小麦和玉米籽粒中Cd和Hg的含量仅占植株吸收总量的1.5%-3.5%^（6）。因而，使用重金属元素不超标的污泥做农肥，安全系数很大，本试验结果进一步证明了这个问题，在亩施污泥2000kg之内，小麦、玉米籽实中的重金属元素含量，均未超出国家规定标准，其单项污染指数和综合污染指数都小于1，而且8种重金属元素在2种作物籽中的污染指数，除锌、镍外，与污泥不同施用量之间都无明显的相关性，更足以证明在本试验条件下，亩施污泥2000kg之内，不会给作物籽实造成污染。

　　另外，从作物果实中Zn 、Ni的含量变化可看出，其与污泥中重金属的化学状态具有一定的相关性，这与本文分析测定的污泥中重金属化学形态结果基本相符。

　　3.　结论

　　3.1　活性污泥中的重金属主要以可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和残渣态五种形态存在。其中，前三种为不稳定态，后两种为稳定态。污泥中锌和镍主要以不稳定态的形式（锌的不稳定态含量约74%，镍约70%）存在，铜主要以硫化物及有机结合态存在（约70%），铬主要以残渣态存在,约占64%,汞、镉、砷、铅等毒性大的金属元素几乎全部以残渣态存在。重金属的这种分布特征对污泥农用比较有利。

　　3.2　从作物果实中锌、镍含量的变化可看出，污泥中这种形态的划分，具有一定的合理性。

　　3.3　本试验条件下，不同污泥施用量，不同作物籽实和相应的试验土壤，重金属元素含量均未超标，其污染指数均小于1，未形成污染，表明污泥做农肥施用，安全系数较大。

　　3.4　试验中，虽然重金属元素污染指数均小于1，未形成污染，但污泥连年施用后可能会在土壤中不同程度富集，污泥利用在量上仍要持慎重态度。

　　3.5　重金属在土壤中的富集、形态转化和迁移情况有待进一步分析、研究。

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