14 污泥中的重金属特性分析和生态风险评价--北京交通大学学报
污泥堆肥过程中重金属形态变化的研究的开题报告
污泥堆肥过程中重金属形态变化的研究的开题报告一、研究背景肥料是农业生产的重要元素，而有机肥料作为一种重要的肥料类型，由于具有生物活性高、适用性广、资源利用率高等特点，被越来越多的人们所关注。
其中，污泥堆肥作为一种有机肥料的生产方式，具有价格低廉、生产效率高等优点，受到越来越多的农业生产者和专家学者的关注和研究。
然而，污泥堆肥的过程中，重金属元素的存在和形态变化是一个需要深入研究的问题。
二、研究意义在近年来，由于全球环境污染问题的日益严重，重金属元素在自然界中的含量也不断上升，同时对人类健康和环境产生了严重的危害。
因此，研究重金属元素在污泥堆肥过程中的形态变化，了解重金属的迁移、转化和归宿，对于制定科学的环境保护政策和更好地利用污泥资源有着重要的意义。
三、研究内容和方法1.研究内容本研究将通过对污泥堆肥过程中重金属元素的形态转化进行分析和探究，明确重金属元素分布和状态变化的机制，为制定科学的资源利用政策和环保政策提供有力的支撑。
2.研究方法本研究将从采样、分析、对比等方面进行研究，主要方法包括：（1）采样：按照不同的处理时间点，对污泥堆肥过程中的重金属元素进行采样。
（2）分析：采用ICP-MS等分析方法，对不同时间点的污泥样品进行分析，明确重金属元素的含量及形态变化。
（3）对比：将分析结果与国内外相关研究进行对比，寻找污泥堆肥过程中重金属元素形态转化的差异。
四、预期结果通过本研究，预计可以明确污泥堆肥过程中重金属元素的形态变化机理，并以此作为依据，制定出更加合理、科学的资源利用和环保政策，从而为全面推进我国循环经济和绿色可持续发展提供有力的支撑。
北京市污水处理厂污泥重金属污染特征和生态风险评价
北京市污水处理厂污泥重金属污染特征和生态风险评价孟国欣;查同刚;张晓霞;刘峥;苏光瑞【摘要】Sludge samples were continuously collected from four sewage treatment plants (I, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ) in Beijing. The concentration of heavy metals (Zn, Cu, Pb, Cr, Cd, Ni, As, Hg) were analyzed using ICP-AES after microwave digestion pretreatment, and the different forms of the heavy metals, were determined by BCR a sequential extraction method. Different pollution indexes were used to evaluate the pollution characteristics and potential ecological risk of heavy metals in the sludge in order to provide the basic data for the study of sludge pollution characteristics in Beijing. The results showed that: (1) Average heavy metal contents were significantly different (P<0.05) among the four sewage treatment plants,the average contents of Cu, Ni and As exceeded 7.2,%, 71.9% and 7.4% of the mean values in national urban sludges. (2) Zn and Cd were mostly concentrated in extractable form, with the range of action contents of56.8%~63.7%and 81.3%~85.7% respectively, Cu and Pb were mostly concentrated in a reduced form and ranged in 54.6%~70.2% and63.9%~79.1% respectively, Cr, Ni and As were mainly concentrated in residual form, accounting for 53.4%~71.8%, 33.4%~51.3% and 49.3%~67.4% respectively. (3) The single factor pollution index for heavy metals was inthe order of Zn>Cu>Ni>Cd>Pb>As>Cr, and the Nemerow integrated pollution index for the 4 sludge samples presented as Ⅳ>Ⅱ>I>Ⅲ, and reached moderate, moderate, slight and severe pollution level. (4) Thesingle-factor potential ecological risk index of heavy metals was in the order of Cu>Cd>Ni>Zn>Pb>As>Cr, and the integrated-factor potential ecological risk index of the sludge presented as Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>I, and all indices reached slight ecological risk level.%通过连续采集法获得北京市4家污水处理厂脱水污泥样品(标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ),经微波消解后采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)检测了Zn、Cu、Pb、Cr、Cd、Ni、As、Hg的含量,利用BCR连续提取分析法分析污泥中重金属赋存形态,并采用不同污染指数评价了污泥中重金属污染程度和潜在生态风险,为研究北京市污泥污染特征研究提供基础资料.结果表明,(1)北京市4家污水处理厂重金属含量差异显著(P<0.05),Cu、Ni、As平均含量分别超过全国城市污泥均值的7.2%、71.9%、7.4%.(2)重金属形态分析表明,Zn、Cd以可提取态为主,分别为56.8%~63.7%和81.3%~85.7%;Cu、Pb以可还原态为主,分别为54.6%~70.2%和63.9%~79.1%;Cr、Ni、As主要以残渣态形式存在,分别为53.4%~71.8%、33.4%~51.3%和49.3%~67.4%.(3)各重金属单因子污染指数大小为Zn>Cu>Ni>Cd>Pb>As>Cr,各污水处理厂污泥的内梅罗综合指数依次为Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ,分别达到中、中、轻、重污染水平.(4)重金属单因子潜在生态风险指数表现为:Cu>Cd>Ni>Zn>Pb>As>Cr,各污水处理厂污泥的综合因子潜在生态风险指数大小为Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,均处于低生态风险水平.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2017(026)009【总页数】7页(P1570-1576)【关键词】污泥重金属;形态分布;单因子污染指数;内梅罗综合污染指数;潜在生态风险指数【作者】孟国欣;查同刚;张晓霞;刘峥;苏光瑞【作者单位】北京林业大学水土保持学院//北京市水土保持工程技术研究中心,北京 100083;北京林业大学水土保持学院//北京市水土保持工程技术研究中心,北京100083;北京林业大学水土保持学院//北京市水土保持工程技术研究中心,北京100083;北京林业大学水土保持学院//北京市水土保持工程技术研究中心,北京100083;北京圣海林生态环境科技股份有限公司,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】X132;X820.4污泥主要由多种细菌菌体、有机残片、无机颗粒和胶体组成（王绍文等，2007），是污水处理过程中的必然产物。
14 污泥中的重金属特性分析和生态风险评价--北京交通大学学报
文章编号:167320291(2007)0120102204污泥中的重金属特性分析和生态风险评价任福民,周玉松,牛牧晨,许兆义(北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044)摘 要:选取上海某城市污水厂污泥进行重金属的总量测定及形态分析,确定超标重金属的含量和存在形态.结果表明,锌、铬、镍、铜4种重金属均存在不同程度的超标.在此基础上开展重金属潜在的生态风险评价,证明上述4种重金属元素存在较高的生态风险性,在控制、处理和资源化污泥利用中应引起足够的重视.关键词:城市污泥;重金属;形态分析;生态风险评价中图分类号:X70311 文献标志码:ACharacteristics Analysis and E nvironmental Assessmenton H eavy Metals in the Sludge of Sew ageR EN Fu-mi n ,ZHO U Y u-song ,N IU M u-chen ,X U Zhao-yi(School of Civil Engineering and Architecture ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China )Abstract :Sludge of Shanghai municipal sewage was chosen for carrying out total amounts and form analyses of heavy metals.The result show that four metals :Zn ,Cu ,Cr ,Ni were excessive on varied de 2gree.Based on these ,environmental assessment were carried to evaluate the contamination situation of heavy metals ,which show the four metals are in high ecological risk that should be emphasized when controlling ,handing with and recycling use of municipal sludge.K ey w ords :municipal sludge ;heavy metal ;speciation analysis ;ecological risk assessment 我国城市污水厂的进水中混有大量的工业废水,其中内含的重金属在水处理过程中以不同的形式由液相向固相转移,最后浓缩到污泥中.这些污泥所含有的重金属成为污泥再利用和资源化的最大制约因素.随着研究的深入,人们逐渐认识到,污泥中的重金属对环境危害取决于其存在形态的分布.重金属的不同形态表现出不同的生物毒性和环境行为.基于以上分析,通过现代分析测试技术,利用能量色散X 荧光分析系统(EDXRF )和原子吸收法(AAS )对所选的污泥样品进行分析.确定污泥样品中重金属存在的种类、含量、形态.并据此进行生态风险评价.同时对重金属的来源、毒害状态和有效处置方法的选择提出预测和可行性措施.1 试验部分(1)主要仪器及试剂仪器:ED-95型能量色散X 荧光分析仪(EDXRF )(美国EDAX 公司);SB-01型原子吸收光谱仪(AAS )(Thermal Jarrell Ash A ).试剂:分析纯HClO 4、HF 、CH 3COOH 、HCl 、Mg 2Cl 2、N H 2OH ・HCl ,体积分数为30%的H 2O 2,石灰,Cu 、Ni 、Zn 、Mn 、Pb 、Cr 标准储备液.(2)污泥样品污泥样品取自上海市污水处理厂三级处理沉淀污泥,含水率为96%,黑色,有刺激性气味.样品在105℃恒温烘干、研磨,过100目尼龙筛备用.收稿日期:2005209214基金项目:国家高技术研究开发计划“863”计划(2002AA6013200)作者简介:任福民(1966—),男,河南灵宝人,副教授,博士.em ail :Renfumin2004@ 第31卷第1期2007年2月 北 京 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF BEI J IN G J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.31No.1Feb.2007 (3)样品金属元素成分测定取少量污泥样品,利用能量色散X荧光分析仪(EDXRF)确定污泥的主要元素成分.(4)重金属总量测定和形态分析重金属总量测定:取研磨后过100目筛的样品1g,在聚四氟乙烯烧杯中依次加入HNO3、HClO4、HF,进行消解后定容25mL,测定重金属含量.重金属形态测定:根据EDXRF的分析结果,确定铜、镍、锌、锰、铅、铬为检验项目.采用Tessier[1]5步连续提取法,将污泥中的重金属分为交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态、残渣态5种形态分别进行萃取,测定每种形态重金属含量.具体试验步骤为:①可交换态:将11000g样加1mol/L的MgCl2溶液8mL,在(25±1)℃下连续震荡1h,离心,取出上清液;加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.②碳酸盐结合态:将①的残渣加1mol/L的NaOAC溶液8mL,在(25±1)℃下连续震荡5h,离心,取出上清液;加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.③铁-锰氧化物结合态:将②的残渣,加人0104 mol/L的N H2OH・HCl溶液20mL,在温度为(96±3)℃下浸提5h,偶尔搅动,补加0.04mol/L的N H2OH・HCI溶液10mL,冷却后离心分离;其上清液加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.④有机物结合态:在③的残渣中,加入0102 mol/L的HNO3溶液3mL及体积分数为30%的H2O2溶液5mL摇匀,并用HN03调和,使p H=2,室温放置1h后,加热到(85±2)℃,保持2h,间歇搅动;补加3mL的H2O2溶液,并用HNO3(HNO3体积分数为20%)调和,使p H=2,继续恒温在(85±2)℃保持3h;冷却后加入312mol/L的N H4AC 溶液5mL,用去离子水稀释至20mL,振荡1h,离心分离取其上清液;加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.⑤残渣态:将④中的残渣用HF+HClO4+HCl 消解,定容待测.重金属总量和各提取液中的重金属含量均采用原子吸收法测定,为消除干扰,标准系列介质均对应于各提取液浓度.2 结果与讨论(1)由X荧光分析仪(EDXRF)的分析结果可以看出,污泥中含有大量的铁、铝、钙、硫、钠等元素.这些金属既包括污水中原含有的元素,还包括由于添加聚铁、聚铝等混凝剂而进入水体的元素.这些元素虽然不是严重的有毒、有害元素,但是随污泥进入土壤系统后,长期累积对土壤圈物质循环和土壤生态系统会产生何种影响,目前已有的研究结果较少.要实现污泥的安全有效的利用,需要对其进行进一步的研究.而污泥中对环境危害最大的是重金属元素,通过图1可以看出,该污泥样品中包括锌、铬、镍、铜等国家严格控制的重金属元素.图1 分析谱线图Fig.1 EDXRF analytical line of sludge(2)Tessier5步提取法是应用较成功的形态分析方法之一.该法中可交换态反映人类近期排污对生物的毒性作用,碳酸盐结合态是由矿物迁移所致,铁-锰氧化物结合态反映人类活动对环境的影响.这3种形态中以可交换态存在的重金属活性最大,最易被环境中的生物吸收.碳酸盐结合态在p H值变化时可被生物吸收,铁-锰氧化物态重金属在强氧化条件下可能被释放,引起生物毒性,因此这3种形态属于不稳定态.而残渣态重金属主要是受矿物成分和岩石风化及土壤侵蚀的影响.有机态重金属反映人类排放有机物污水的结果,这两种形态的重金属不易被生物吸收,生物毒性较弱,属于稳定态[2-3].利用原子吸收法(AAS)对污泥中的重金属形态进行分析测定结果见图2及表1.图2 元素形态分析图Fig.2 Morphological distributionof heavy metals in the sewage sludge301第1期 任福民等:污泥中的重金属特性分析和生态风险评价表1 污泥中的重金属形态分布Tab.1 Morphological distribution of heavy metal in sludge mg/kg污泥形态元 素铅铬锰铜锌镍可交换态0105 1185 80518 7141 1912 12715碳酸盐结合态0105 0184 22812 5173 8138 3613铁2锰氧化物0115 42711392516 2519223414 55015有机物结合态0117 33113 42915142517 34310 22314残渣态50130 40515 53110 42417 29114 7412总量55140113015610712192617284112110016五步合量50162116616592011188914289613101119 从图2和表1中可以看出,对于锌而言,其含量高(约占总含量的78%),而且主要以不稳定的铁-锰氧化物态存在;铜(约占总含量的75%)主要以稳定的有机结合态存在;铬(约占总含量的65%)主要以有机结合态和残渣态为主的稳定态存在;铁-锰氧化物态主要是以不稳定态存在,占总量的1/3;镍的5种化学形态都占有一定的比例,其中铁-锰氧化态约占总量的1/2,稳定态占总量的1/3;铅的含量较少,且主要是以稳定的有机态和残渣态存在.超标的金属中,锌对环境的影响最大,其次是镍和铬,铜的环境影响最小.表2 城市污泥重金属含量及相关标准[4]Tab.2 Heavy metal contents of sludge samplesand comparisons to related standards mg/kg 元素样品含量污泥农用国标p H>615p H<615美国农用标准锌28411210005002800铜192617 5002501500铬11301510006001200镍110016 200100 420铅 55141000300 300 从表2可以看出,我国污泥农用标准比较严格,试验样品中超标的重金属有铬、铜、锌、镍4种,其含量远远超过污泥的农用标准.因此农用前对污泥进行处理是必须的.3 重金属污染水平及潜在生态风险国内刘文新[5]等人以污染严重的乐安江河流沉积物为研究对象,利用地质积累指数I geo和风险因子E r i及风险指数R I等定量的评价指标,开展沉积物中重金属污染的潜在生态风险评价.基于河流沉积物中的评价对象为铜、铅、锌、铬、镍、砷、锰,同污泥中的重金属控制项目相同,并且满足基于元素丰度和释放原则的生态评价体系所需要的若干前提条件.因此,这里采用地质积累指数I geo和单一金属生态潜在风险因子E r i与多金属潜在生态风险指数R I来反映污泥中的重金属对生态环境的影响潜力.I geo=lb(C n/115B n)(1)E r i=T r i C n/B n(2)R I=∑E i r(3)式中,C n为样品的实测浓度,本试验中的实测浓度选择重金属的不稳定态的总和(即铁-锰氧化物结合态,可交换态,碳酸盐结合态);B n为测试项目的背景值,本试验选取陈玲等[6]所做的上海化学工业区土壤环境背景值的调查结果;T r i反映金属在水相、沉积固相和生物相之间的响应关系.污泥样品中的重金属含量及污染评价见表3.表3 污泥样品中的重金属含量及污染评价Tab.3 Contrast of the concentration and ecological risk of heavy metals in sludge mg/kg 项目锌铜铅铬镍锰B n 84190161700 20140072100026160 438.000C n22611980391040 012504291790714130049591600I geo 4114901654-61935 11993 41162 21916E r i 261642111688 010********--R I501329(属于中度风险)-- 铜、铅、铬、锌作为强生物毒性的金属元素,铜和铅的毒性响应因子定义为5,铬为2,锌为1.锰和镍元素的生物毒性现在研究较少,无法确定其响应因子的数值.规定E r i<5为低风险,5≤E r i<10为中等风险,10≤E r i<20为较高风险,20≤E r i<40为高风险,40≤E r i为极高风险;R I<30为低风险,30≤R I<60为中等风险,60≤R I<120为高风险,R I ≥120为极高风险.401北 京 交 通 大 学 学 报 第31卷从表3中各金属元素的地质累积指数来看,锌和铬超过背景值较高,是污泥中的主要的污染元素,铜为弱污染,铅未污染.由于近年来电子工业的快速发展,导致污水中的锰,镍元素大量的增加,使污泥中锰,镍元素超过土壤的背景值甚多,其对生物的毒性影响还有待研究.根据污泥的重金属潜在生态风险评价结果,该污泥样品属于中度风险(30≤R I<60).对于单一元素潜在的生态风险来说,铜和铬的单一金属生态潜在风险因子均大于10,属于较高生态风险.锌单一金属生态潜在风险因子大于20,属于高生态风险,也是生态风险指数增高的主要因素.由此说明,该污泥样样品中的主要生态风险元素为锌、铜和铬,在污泥处置和利用的时候应引起重视.4 结论和建议污泥农用是污泥处理的主要发展趋势.污泥农用前,应对污泥中重金属总量及形态进行分析从而确定合理的处理方法,将污泥农用对土壤的污染减少到最小的程度.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,有机结合态,和残渣态5种形态.其中前3种为不稳定态,后2种为稳定态.污泥中锌、镍和铬主要以不稳定态存在,铜和铅主要以稳定态存在.通过风险评价,铜和铬属于较高生态风险,锌属于高生态风险,在污泥处置和利用的时候应引起重视.参考文献:[1]Tessier A,Campbell P G C,Bisson M.Sequential Extrac2tion Procedures for the S peciation of Particulate Trace Met2 al[J].Anal Chem,1979,51(7):844-859.[2]隆茜,张经.陆架区沉积物中重金属研究的基本方法及其应用[J].海洋湖沼通报,2002(3):25-31.Long Qian,Zhang Jing.The Method of Heavy Metals Study in Shelf Sediments and Its Application[J].Transac2 tions of Oceanology and Limnology,2002(3):25-31.(in Chinese)[3]Comez-Airza J L,G irldez I,Sanchez-Roads D,et al.Met2al Readsorption and Redistribution During the Analytical Fractionation of Trace Elements in Oxic Estuarine Sedi2 ments[J].Anal Chim.Acta,1999,399:295-307.[4]中华人民共和国国家标准G B18918-20021200.城镇污水处理厂污染物排放标准[S].北京:中国环境出版社, 2002.National Standard of People’s Republic of China G B18918-20021200.Discharge Standard of Pollutants for Munici pal Wastewater 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中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势
中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势中国城市污泥是城市污水处理过程中产生的一种副产品。
它由来自家庭、工业和农业排放的污水经过处理后所得，包含了许多有害物质，其中包括了重金属。
重金属是指密度较高的金属元素，如铅、镉、汞等，其高浓度的积累对环境和生物体产生严重的影响，可能引起土壤和水源的污染以及生态系统的破坏。
因此，了解中国城市污泥中重金属的含量及其变化趋势对于环境治理和保护具有重要意义。
首先，我们需要了解中国城市污泥中重金属的来源。
这些重金属来自于许多不同的源头，包括工业排放、交通污染、农药使用、废弃物处理等。
这些活动中释放的废物和污染物进入城市污水处理厂，并在厂内的处理过程中被逐渐沉淀到污泥中。
此外，城市污水处理厂使用的化学药剂和污泥调理剂也可能导致重金属的含量增加。
其次，中国城市污泥中重金属含量的变化趋势受多种因素影响。
一方面，城市化进程的加速使得城市污水处理量不断增加，导致污泥产生量增加，进而影响重金属含量。
另一方面，随着各种环保政策和措施的出台，尤其是对工业和农业领域的监管加强，重金属排放量逐渐减少。
这些因素的综合影响导致了中国城市污泥中重金属含量的变化趋势不断变化。
最后，我们需要关注中国城市污泥中重金属含量对环境和生物体的影响。
高浓度的重金属对土壤和水源产生污染，可能导致蔬菜和水果等农产品的重金属含量超标，对人体健康造成危害。
同时，重金属对生物体的毒性也较强，可能引起生物多样性的丧失和生态系统的破坏。
因此，减少和控制中国城市污泥中重金属含量的方法和技术的研发和应用具有重要的价值和意义。
综上所述，了解中国城市污泥中重金属含量及其变化趋势对环境保护和生态建设具有重要意义。
通过加强监管和控制污染源的排放量，提高城市污水处理工艺的效率，以及研发更有效的重金属处理和回收技术，我们可以减少重金属在城市污泥中的积累，保护环境和生态系统的健康。
这是一个综合性的工程，需要政府、企业和科研机构的共同努力，以实现可持续发展和环境友好型城市的目标综合考虑城市化进程、环保政策和措施以及重金属对环境和生物体的影响，可以得出中国城市污泥中重金属含量的变化趋势受多种因素影响。
污泥中重金属的毒理研究与治理措施
污泥中重金属的毒理研究与治理措施随着我国城市化进程的加快，污水处理量日益增加，相应的污泥产量也大幅增多。
城市污泥含水率高、有机质含量多、富集了较多重金属元素，需要进行妥善处理与处置。
目前，对于污泥可采取的处理与处置方法包括污泥农用、污泥堆肥、污泥焚烧发电和污泥填埋。
重金属是污泥中所含有的污染物之一，与其他许多污染物不同，重金属元素不能被微生物所降解，一旦污泥中的重金属元素通过多种途径进入生物圈，重金属元素的毒性将会给动物体产生严重损伤，影响动物体的正常生理活动，甚至影响动物的种群数量，造成生态环境的失衡。
因此必须要对污泥中的重金属进行十分妥善的处理，避免或减少其对于动物健康的影响。
污泥中对动物健康具有较大危害的重金属元素主要有Cd(镉)、Zn(锌)、Cu(铜)、Pb(铅)等。
1污泥中重金属进入环境的主要途径城市污泥来源于城市污水处理厂，经过脱水处理后以非流动状态存在。
污泥在进行处理与处置过程中可能通过多种途径进入环境中对动物健康造成危害。
污泥中的重金属元素主要可以通过三种途径进入环境当中，即水、大气和土壤。
1.1污泥中重金属通过水途径进入环境污泥填埋是将污泥经过预处理之后送往垃圾填埋场进行最终处置，经过预处理的污泥在有机质含量、含水率和重金属元素稳定性上都会有较好的改善，预处理多为固化处理。
露天填埋的污泥经雨水或其他地表水的浸泡，在堆埋过程中以渗滤液的形式溢出，渗滤液通过填埋底层的薄弱地带下渗进入地下水环境中，对其造成污染，进一步通过水循环重金属元素将会进入环境之中。
1.2污泥中重金属通过大气途径进入环境污泥中重金属进入大气环境多是在污泥焚烧处理过程之中，污泥的焚烧技术由于可较大程度的减少污泥的体积，可以彻底的消灭其中的细菌和微生物，受到了国内外广泛的关注。
但是如果焚烧过程没有很好的控制，将会造成二次污染，其中富集在污泥中的重金属存在两种迁移途径：一种是很好的被固定在污泥焚烧残渣中，另一种是随飞灰进入到大气环境当中。
北京市生活垃圾中重金属元素的污染特性调查及对策
Ren Fumin1 Ru Yihong1 , Prof . Xu Zhaoyi1 Li Xianfen2 Liu Yaoyong3
(1 Nort hern Jiaotong University ,2 BeiJing Chemical Enginerring University ,3 Sanmenxia Huayang Power Ltd. )
将北京市生活垃圾按发生主体和垃圾成分的性质分为 高允许含量 ;
9 类 ,依次为 : Ⅰ:居民 ; Ⅱ: 市内交通业 ,金融保险业 ,邮电通
(2) 各类垃圾中的 Cd 元素含量均超过了北京市郊土壤
信业 ; Ⅲ: 清扫场所 ; Ⅳ: 餐饮业 ; Ⅴ:教育业 ; Ⅵ: 商业 ; Ⅶ: 废 背景值和污染起始值的最高允许含量 ,并且除第 Ⅰ类外 ,其他
1. 5
Cd 0. 021 0. 030 0. 048 0. 033 0. 061 0. 078 0. 041 0. 033 0. 044
0. 3
Cu 0. 193 0. 504 0. 439 0. 359 0. 192 0. 279 0. 172 0. 57 2. 038 3. 335 2. 574 2. 294 2. 229 1. 874 1. 548
十分危险的废弃物 ,可是只要对它们进行适当处理并限制其 变化和转移 ,就能减小其毒害程度 。有时某些物体是无害的 , 在与有害物接触后 ,更增加了后者的危险度 。例如 :有些可溶 性腐殖酸能从腐朽的枝叶中释放出来 ,溶解并转移某些有毒 的重金属离子 ,造成重金属离子的二次污染 。因此 ,有害物与 所谓非有害物之间 ,在一定的外界条件影响下 ,可以互相转 化。
荡8 h ,静置16 h ,过滤 ,滤液用澳大利亚 GBC906原子吸收光谱仪测试 。
中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势
中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势摘要：近年来，中国城市污泥作为一种废弃物料，引起了广泛关注。
其中，重金属含量是评判污泥处理和处置的重要指标之一。
本文通过对中国城市污泥中重金属含量及其变化趋势进行探究分析，总结出目前中国城市污泥中重金属含量普遍较高，且存在一定的区域差异；同时，随着工业化进程的推行，中国城市污泥中重金属含量呈逐年增加趋势，需要加强污泥处理和处置的工作。
1. 引言城市污泥是城市生活和工业活动产生的废弃物料，除水特殊主要由有机物质和无机质构成。
在无机质中，重金属是其中的一类重要组成部分。
例如，铅、镉、铬等重金属元素是环境中的典型污染物，它们对环境和人体健康都有潜在的危害。
因此，探究中国城市污泥中重金属含量及其变化趋势具有重要的科学意义和现实价值。
2. 中国城市污泥中重金属含量的现状目前，中国城市污泥中重金属含量普遍较高。
这主要是由于城市生活和工业活动产生的废弃物料中含有大量重金属，这些重金属最终进入污水厂，以污泥的形式沉积下来。
探究显示，铅、镉、铬等重金属元素在中国城市污泥中普遍存在且含量较高。
此外，一些地区的城市污泥中还检测到了砷、汞等有毒重金属元素。
这些重金属元素对于环境和人体健康都具有潜在的危害。
3. 中国城市污泥中重金属含量的区域差异不同地区的城市污泥中重金属含量存在一定的区域差异。
这主要是由于地理环境、工业结构和经济进步水对等因素的影响。
例如，工业发达地区的城市污泥中重金属含量往往高于农业地区。
此外，一些沿海城市的污泥中重金属含量也普遍较高，这与海洋环境的特点有关。
因此，需要依据不同地区的特点，实行相应的措施来处理和处置污泥。
4. 中国城市污泥中重金属含量的变化趋势随着工业化进程的推行，中国城市污泥中重金属含量呈逐年增加趋势。
这主要是由于工业活动和人口的增加导致了废弃物产生量的增加，从而使得重金属元素的输入量增加。
此外，中国城市污水处理设施建设和运营水平有待提高，导致了重金属元素在污泥中的积累。
土壤污染物的生态毒理效应和风险评估研究进展
土壤污染物的生态毒理效应和风险评估研究进展发布时间：2021-10-23T19:51:17.338Z 来源：《基层建设》2021年第20期作者：李坚[导读] 摘要：众所周知，土壤容易汇集环境中的各类污染物，通过大气和水体进行迁移传递。
广东贝源检测技术股份有限公司广东省广州市 510663摘要：众所周知，土壤容易汇集环境中的各类污染物，通过大气和水体进行迁移传递。
土壤环境中微塑料积累量大且不易降解，微塑料长期残留对土壤生态系统的影响是很广泛的，同时，人类活动也是环境中重金属释放的主要原因。
土壤中的重金属可能通过吸入、摄入和皮肤接触途径而暴露于人体，其中，偶然经口摄入土壤是主要方式之一。
当人体摄入土壤后，达到人体消化系统，溶解在胃肠阶段的重金属量与土壤重金属总量之比称之为生物可给性。
基于此，本文主要对土壤污染物的生态毒理效应和风险评估进行研究，详情如下。
关键词：土壤污染物；生态毒理效应；风险评估引言近年来我国使用塑料薄膜覆盖面积迅速增加，每年近70万吨低密度聚乙烯地膜投入使用，但农田地膜回收率却不足60%。
除了农用地膜残留导致土壤微塑料污染外，污泥农用、大气沉降也是农田土壤中微塑料的重要来源。
同时，土壤重金属污染已严重威胁到农产品质量安全和公众健康，从源头上识别并防治污染导致的耕地质量退化已迫在眉睫。
基于此，本文系统开展土壤微塑料和重金属的生态风险评估提出科学展望。
1微塑料对土壤物理环境的影响微塑料在土壤中降解非常缓慢，可能达上百年之久，并作为土壤的外来组分改变土壤物理特性。
通过向肥沃的砂土中添加微塑料后显示：培养5周后，4种不同暴露量（最高达2%）的常见微塑料（聚丙烯纤维、聚酰胺微珠、聚酯纤维和聚乙烯碎片）均能显著降低土壤容重，改变土壤结构和水分动态，并且聚酯纤维对土壤理化性质的影响最为明显，随着聚酯纤维含量的增加，土壤持水量也相应增加。
与此类似，壤质砂土中添加聚乙烯、对苯二甲酸聚酯、聚丙烯和聚苯乙烯等微塑料，土壤容重降低，但根际土壤容重、持水量均增加。
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文章编号:167320291(2007)0120102204污泥中的重金属特性分析和生态风险评价任福民,周玉松,牛牧晨,许兆义(北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044)摘 要:选取上海某城市污水厂污泥进行重金属的总量测定及形态分析,确定超标重金属的含量和存在形态.结果表明,锌、铬、镍、铜4种重金属均存在不同程度的超标.在此基础上开展重金属潜在的生态风险评价,证明上述4种重金属元素存在较高的生态风险性,在控制、处理和资源化污泥利用中应引起足够的重视.关键词:城市污泥;重金属;形态分析;生态风险评价中图分类号:X70311 文献标志码:ACharacteristics Analysis and E nvironmental Assessmenton H eavy Metals in the Sludge of Sew ageR EN Fu-mi n ,ZHO U Y u-song ,N IU M u-chen ,X U Zhao-yi(School of Civil Engineering and Architecture ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China )Abstract :Sludge of Shanghai municipal sewage was chosen for carrying out total amounts and form analyses of heavy metals.The result show that four metals :Zn ,Cu ,Cr ,Ni were excessive on varied de 2gree.Based on these ,environmental assessment were carried to evaluate the contamination situation of heavy metals ,which show the four metals are in high ecological risk that should be emphasized when controlling ,handing with and recycling use of municipal sludge.K ey w ords :municipal sludge ;heavy metal ;speciation analysis ;ecological risk assessment 我国城市污水厂的进水中混有大量的工业废水,其中内含的重金属在水处理过程中以不同的形式由液相向固相转移,最后浓缩到污泥中.这些污泥所含有的重金属成为污泥再利用和资源化的最大制约因素.随着研究的深入,人们逐渐认识到,污泥中的重金属对环境危害取决于其存在形态的分布.重金属的不同形态表现出不同的生物毒性和环境行为.基于以上分析,通过现代分析测试技术,利用能量色散X 荧光分析系统(EDXRF )和原子吸收法(AAS )对所选的污泥样品进行分析.确定污泥样品中重金属存在的种类、含量、形态.并据此进行生态风险评价.同时对重金属的来源、毒害状态和有效处置方法的选择提出预测和可行性措施.1 试验部分(1)主要仪器及试剂仪器:ED-95型能量色散X 荧光分析仪(EDXRF )(美国EDAX 公司);SB-01型原子吸收光谱仪(AAS )(Thermal Jarrell Ash A ).试剂:分析纯HClO 4、HF 、CH 3COOH 、HCl 、Mg 2Cl 2、N H 2OH ・HCl ,体积分数为30%的H 2O 2,石灰,Cu 、Ni 、Zn 、Mn 、Pb 、Cr 标准储备液.(2)污泥样品污泥样品取自上海市污水处理厂三级处理沉淀污泥,含水率为96%,黑色,有刺激性气味.样品在105℃恒温烘干、研磨,过100目尼龙筛备用.收稿日期:2005209214基金项目:国家高技术研究开发计划“863”计划(2002AA6013200)作者简介:任福民(1966—),男,河南灵宝人,副教授,博士.em ail :Renfumin2004@ 第31卷第1期2007年2月 北 京 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF BEI J IN G J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.31No.1Feb.2007 (3)样品金属元素成分测定取少量污泥样品,利用能量色散X荧光分析仪(EDXRF)确定污泥的主要元素成分.(4)重金属总量测定和形态分析重金属总量测定:取研磨后过100目筛的样品1g,在聚四氟乙烯烧杯中依次加入HNO3、HClO4、HF,进行消解后定容25mL,测定重金属含量.重金属形态测定:根据EDXRF的分析结果,确定铜、镍、锌、锰、铅、铬为检验项目.采用Tessier[1]5步连续提取法,将污泥中的重金属分为交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态、残渣态5种形态分别进行萃取,测定每种形态重金属含量.具体试验步骤为:①可交换态:将11000g样加1mol/L的MgCl2溶液8mL,在(25±1)℃下连续震荡1h,离心,取出上清液;加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.②碳酸盐结合态:将①的残渣加1mol/L的NaOAC溶液8mL,在(25±1)℃下连续震荡5h,离心,取出上清液;加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.③铁-锰氧化物结合态:将②的残渣,加人0104 mol/L的N H2OH・HCl溶液20mL,在温度为(96±3)℃下浸提5h,偶尔搅动,补加0.04mol/L的N H2OH・HCI溶液10mL,冷却后离心分离;其上清液加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.④有机物结合态:在③的残渣中,加入0102 mol/L的HNO3溶液3mL及体积分数为30%的H2O2溶液5mL摇匀,并用HN03调和,使p H=2,室温放置1h后,加热到(85±2)℃,保持2h,间歇搅动;补加3mL的H2O2溶液,并用HNO3(HNO3体积分数为20%)调和,使p H=2,继续恒温在(85±2)℃保持3h;冷却后加入312mol/L的N H4AC 溶液5mL,用去离子水稀释至20mL,振荡1h,离心分离取其上清液;加去离子水洗涤残余物,再离心,取出上清液;将所有上清液过滤,定容待测.⑤残渣态:将④中的残渣用HF+HClO4+HCl 消解,定容待测.重金属总量和各提取液中的重金属含量均采用原子吸收法测定,为消除干扰,标准系列介质均对应于各提取液浓度.2 结果与讨论(1)由X荧光分析仪(EDXRF)的分析结果可以看出,污泥中含有大量的铁、铝、钙、硫、钠等元素.这些金属既包括污水中原含有的元素,还包括由于添加聚铁、聚铝等混凝剂而进入水体的元素.这些元素虽然不是严重的有毒、有害元素,但是随污泥进入土壤系统后,长期累积对土壤圈物质循环和土壤生态系统会产生何种影响,目前已有的研究结果较少.要实现污泥的安全有效的利用,需要对其进行进一步的研究.而污泥中对环境危害最大的是重金属元素,通过图1可以看出,该污泥样品中包括锌、铬、镍、铜等国家严格控制的重金属元素.图1 分析谱线图Fig.1 EDXRF analytical line of sludge(2)Tessier5步提取法是应用较成功的形态分析方法之一.该法中可交换态反映人类近期排污对生物的毒性作用,碳酸盐结合态是由矿物迁移所致,铁-锰氧化物结合态反映人类活动对环境的影响.这3种形态中以可交换态存在的重金属活性最大,最易被环境中的生物吸收.碳酸盐结合态在p H值变化时可被生物吸收,铁-锰氧化物态重金属在强氧化条件下可能被释放,引起生物毒性,因此这3种形态属于不稳定态.而残渣态重金属主要是受矿物成分和岩石风化及土壤侵蚀的影响.有机态重金属反映人类排放有机物污水的结果,这两种形态的重金属不易被生物吸收,生物毒性较弱,属于稳定态[2-3].利用原子吸收法(AAS)对污泥中的重金属形态进行分析测定结果见图2及表1.图2 元素形态分析图Fig.2 Morphological distributionof heavy metals in the sewage sludge301第1期 任福民等:污泥中的重金属特性分析和生态风险评价表1 污泥中的重金属形态分布Tab.1 Morphological distribution of heavy metal in sludge mg/kg污泥形态元 素铅铬锰铜锌镍可交换态0105 1185 80518 7141 1912 12715碳酸盐结合态0105 0184 22812 5173 8138 3613铁2锰氧化物0115 42711392516 2519223414 55015有机物结合态0117 33113 42915142517 34310 22314残渣态50130 40515 53110 42417 29114 7412总量55140113015610712192617284112110016五步合量50162116616592011188914289613101119 从图2和表1中可以看出,对于锌而言,其含量高(约占总含量的78%),而且主要以不稳定的铁-锰氧化物态存在;铜(约占总含量的75%)主要以稳定的有机结合态存在;铬(约占总含量的65%)主要以有机结合态和残渣态为主的稳定态存在;铁-锰氧化物态主要是以不稳定态存在,占总量的1/3;镍的5种化学形态都占有一定的比例,其中铁-锰氧化态约占总量的1/2,稳定态占总量的1/3;铅的含量较少,且主要是以稳定的有机态和残渣态存在.超标的金属中,锌对环境的影响最大,其次是镍和铬,铜的环境影响最小.表2 城市污泥重金属含量及相关标准[4]Tab.2 Heavy metal contents of sludge samplesand comparisons to related standards mg/kg 元素样品含量污泥农用国标p H>615p H<615美国农用标准锌28411210005002800铜192617 5002501500铬11301510006001200镍110016 200100 420铅 55141000300 300 从表2可以看出,我国污泥农用标准比较严格,试验样品中超标的重金属有铬、铜、锌、镍4种,其含量远远超过污泥的农用标准.因此农用前对污泥进行处理是必须的.3 重金属污染水平及潜在生态风险国内刘文新[5]等人以污染严重的乐安江河流沉积物为研究对象,利用地质积累指数I geo和风险因子E r i及风险指数R I等定量的评价指标,开展沉积物中重金属污染的潜在生态风险评价.基于河流沉积物中的评价对象为铜、铅、锌、铬、镍、砷、锰,同污泥中的重金属控制项目相同,并且满足基于元素丰度和释放原则的生态评价体系所需要的若干前提条件.因此,这里采用地质积累指数I geo和单一金属生态潜在风险因子E r i与多金属潜在生态风险指数R I来反映污泥中的重金属对生态环境的影响潜力.I geo=lb(C n/115B n)(1)E r i=T r i C n/B n(2)R I=∑E i r(3)式中,C n为样品的实测浓度,本试验中的实测浓度选择重金属的不稳定态的总和(即铁-锰氧化物结合态,可交换态,碳酸盐结合态);B n为测试项目的背景值,本试验选取陈玲等[6]所做的上海化学工业区土壤环境背景值的调查结果;T r i反映金属在水相、沉积固相和生物相之间的响应关系.污泥样品中的重金属含量及污染评价见表3.表3 污泥样品中的重金属含量及污染评价Tab.3 Contrast of the concentration and ecological risk of heavy metals in sludge mg/kg 项目锌铜铅铬镍锰B n 84190161700 20140072100026160 438.000C n22611980391040 012504291790714130049591600I geo 4114901654-61935 11993 41162 21916E r i 261642111688 010********--R I501329(属于中度风险)-- 铜、铅、铬、锌作为强生物毒性的金属元素,铜和铅的毒性响应因子定义为5,铬为2,锌为1.锰和镍元素的生物毒性现在研究较少,无法确定其响应因子的数值.规定E r i<5为低风险,5≤E r i<10为中等风险,10≤E r i<20为较高风险,20≤E r i<40为高风险,40≤E r i为极高风险;R I<30为低风险,30≤R I<60为中等风险,60≤R I<120为高风险,R I ≥120为极高风险.401北 京 交 通 大 学 学 报 第31卷从表3中各金属元素的地质累积指数来看,锌和铬超过背景值较高,是污泥中的主要的污染元素,铜为弱污染,铅未污染.由于近年来电子工业的快速发展,导致污水中的锰,镍元素大量的增加,使污泥中锰,镍元素超过土壤的背景值甚多,其对生物的毒性影响还有待研究.根据污泥的重金属潜在生态风险评价结果,该污泥样品属于中度风险(30≤R I<60).对于单一元素潜在的生态风险来说,铜和铬的单一金属生态潜在风险因子均大于10,属于较高生态风险.锌单一金属生态潜在风险因子大于20,属于高生态风险,也是生态风险指数增高的主要因素.由此说明,该污泥样样品中的主要生态风险元素为锌、铜和铬,在污泥处置和利用的时候应引起重视.4 结论和建议污泥农用是污泥处理的主要发展趋势.污泥农用前,应对污泥中重金属总量及形态进行分析从而确定合理的处理方法,将污泥农用对土壤的污染减少到最小的程度.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,有机结合态,和残渣态5种形态.其中前3种为不稳定态,后2种为稳定态.污泥中锌、镍和铬主要以不稳定态存在,铜和铅主要以稳定态存在.通过风险评价,铜和铬属于较高生态风险,锌属于高生态风险,在污泥处置和利用的时候应引起重视.参考文献:[1]Tessier A,Campbell P G C,Bisson M.Sequential Extrac2tion Procedures for the S peciation of Particulate Trace Met2 al[J].Anal Chem,1979,51(7):844-859.[2]隆茜,张经.陆架区沉积物中重金属研究的基本方法及其应用[J].海洋湖沼通报,2002(3):25-31.Long Qian,Zhang Jing.The Method of Heavy Metals Study in Shelf Sediments and Its Application[J].Transac2 tions of Oceanology and Limnology,2002(3):25-31.(in Chinese)[3]Comez-Airza J L,G irldez I,Sanchez-Roads D,et al.Met2al Readsorption and Redistribution During the Analytical Fractionation of Trace Elements in Oxic Estuarine Sedi2 ments[J].Anal Chim.Acta,1999,399:295-307.[4]中华人民共和国国家标准G B18918-20021200.城镇污水处理厂污染物排放标准[S].北京:中国环境出版社, 2002.National Standard of People’s Republic of China G B18918-20021200.Discharge Standard of Pollutants for Munici pal Wastewater 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Chinese)[5]刘雨,赵庆良.生物膜法污水处理技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.Liu Yu,Zhao Qing-liang.Wastewater Treatment Method of Biofilm[M].Beijing:China Construction Press,2000.(in Chinese)501第1期 任福民等:污泥中的重金属特性分析和生态风险评价。