东莞市城镇污水处理厂污泥中养分及重金属特征分析

严 霞

（东莞市石鼓污水处理有限公司，广州 东莞 523000）

近年来，随着水污染治理的力度不断加大，东莞市新建了一批污水处理厂，从2015年的40多家增长到2021年的60多家，而污泥作为污水处理的副产物，其产量也在大幅增长。目前，我国城市污水处理厂的污泥处置主要以卫生填埋为主，该方法占到了各种处置方式总比例的63%[1]，但固体废物填埋存在着占地面积大，渗滤液泄露污染环境的缺点。随着东莞市城镇污水处理厂的继续新建，污泥的妥善处置，特别是减量化、稳定化、无害化的处理处置已成为东莞市污水处理中急需解决的重大问题。

东莞市城镇污水处理厂污泥的养分和重金属分析鲜有报道，本研究选取东莞市7家城镇污水处理厂，来分析污泥的养分和重金属特征，采用Pearson相关性分析探讨了污泥重金属的相关性，并用单因子污染指数法评估了污泥重金属的生态风险，以此为污泥资源化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

从2018～2019年，对东莞市7家城镇污水处理厂每季度开展1次污泥采集，每次采样量不小于1 kg，共56个样品。这7家污水处理厂均为城镇生活污水处理厂，污水处理工艺多为活性污泥法，包括改良A2/O工艺、MSBR工艺及氧化沟工艺，其设计处理规模共64万t/d。

1.2 检测方法

检测项目包括pH值、含水率、有机物含量、总养分（总氮、总磷、总钾）、重金属（Cd、Pb、Cr、Hg、As、Cu、Zn、Ni），均采用《城镇污水处理厂污泥检验方法》（CJ/T221-2005）进行测定。

2 数据分析

2.1 污泥pH值、含水率、养分含量特征分析

城镇污水处理厂的污泥中含有大量有机质、氮磷钾养分元素和多种植物生长所需的微量元素，有利于提高农作物产量和减少化学肥料的使用[2-3]。

7家东莞市城镇污水处理厂污泥的pH值、含水率、养分含量的检测结果详见表1，污泥pH值在4.0～8.1之间，91%的样本pH满足园林绿化或土地改良的污泥酸碱度要求；污泥含水率在43.6%～79.8%之间。污泥中养分较为丰富，有机物含量及总养分均高于《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/ T 23486-2009）和《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》（GB/T 24600-2009）中的限值要求。其中，有机物含量平均值为40.2%；总养分含量平均值为5.42%，由此得出，这7家污水处理厂污泥具有较高的农用价值，适合于园林绿化、土地改良。但由于污泥含水率较高，应进一步进行脱水处理才能处置利用。

表1 污泥养分含量检测结果汇总

2.2 污泥中重金属含量特征分析

7家东莞市城镇污水处理厂污泥重金属含量详见表2，结果表明，部分污泥中重金属污染严重，对照《城镇污水处理厂污泥泥质》（GB 24188-2009）标准限值，Cd、Pb、Hg、As、Zn最大值均低于标准限值，Cr、Cu存在超过标准限值的情况，Ni的均值超过标准限值。Cr、Cu、Ni超标率分别为18%、23%、45%。在污水处理过程中，有70%～90%的重金属通过吸附或沉淀转移到污泥中[4]，本次研究的部分污水处理厂进水存在较多工业废水，8种重金属中Pb、As、Zn、Ni的变异系数均在50%～100%间，Cd、Cr、Hg、Cu的变异系数超过100%，表明污泥重金属含量变化范围较大。

表2 污泥中重金属含量的检测结果汇总

污泥中8种重金属的含量呈现Cu＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Hg ＞Cd的分布顺序特征，Cd含量低于全国平均水平，Pb含量与全国平均水平持平，Hg、As、Zn含量均高于全国平均水平，Cr、Cu、Ni含量均显著高于全国平均水平。

根据研究，部分工业过程，如电镀行业和电池制造行业会造成Cd和Hg的污染[5]，As主要来源是含As木材防腐剂和含As洗涤剂等，Zn、Cu可能与城市管网镀Zn、镀Cu管道的使用有关[5]。生活污水中Ni的主要来源有电镀产品、电池等电子元器件的使用[6]，Cr主要来自不锈钢的使用、防水布料和照相制版、皮革制剂、鞣革等[7]。本次研究涉及到的污水处理厂污泥中As、Cr、Cu、Ni含量偏高，与东莞市电子、制鞋等加工业发达特征相一致。

2.3 污泥中重金属单因素污染指数分析

参照《城镇污水处理厂污泥泥质》（GB 24188-2009）限值，按单因子污染指数法计算污泥重金属污染物分担率。计算公式如下：

单因子污染指数（1）；

Ci—第i项污染物的监测值；

Si—第i项污染物评价标准；

污染物分担率（2）

污泥重金属污染物分担率详见表3，从表3可以看出，污泥中8种重金属污染分担率顺序为：Ni＞Cu＞Cr＞As＞Zn＞Cd＞Hg＞Pb，因此Ni、Cu为本次研究涉及的城镇污水处理厂污泥的主要污染物。

表3 污泥中重金属污染物的分担率

2.4 污泥重金属相关性分析

采用IBM公司出的统计软件SPSS Statistic，版本号28的软件系统对污泥重金属数据进行Pearson相关性分析，污泥重金属之间Pearson的相关系数详见表4。从表4可以看出，Cd、As与其他元素相关性均不显著，Hg与Pb之间相关性显著，Pb、Cr、Zn、Ni之间呈极显著正相关，Cu与Cr之间呈极显著正相关。

表4 污泥中重金属Pearson相关系数

3 结论

（1）本次研究涉及的东莞市7家城镇污水处理厂污泥中养分较为丰富，其中有机物含量平均值为40.2%，总养分含量平均值为5.42%，具有较高的农用价值，适用于园林绿化及土地改良。由于含水率较高，应进一步脱水处理才可以处置利用。

（2）污泥中8种重金属含量顺序为Cu＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞As＞Hg＞Cd，且污泥8种重金属中Pb、As、Zn、Ni的变异系数在50%～100%间，Cd、Cr、Hg、Cu的变异系数超过100%，污泥重金属含量变化范围较大。

（3）通过Pearson相关性分析，Cd、As与其他元素相关性不显著，Hg与Pb之间相关性显著，Pb、Cr、Zn、Ni之间呈极显著正相关，Cu与Cr之间呈极显著正相关。

（4）单因子污染指数法评估结果显示，Cu、Ni的污染物分担率占一半以上，这两种重金属为本次研究涉及的城镇污水处理厂污泥中的主要污染物。由于污泥重金属的释放会造成土壤污染，也会带来潜在的生态及健康风险。因此，在对污泥进行资源化利用前，需降低其重金属含量，特别是污泥中的Ni和Cu，避免产生环境风险，以此保证污泥资源化利用的安全性。