重金属污水处理厂风险评估分析

重金属污水处理厂风险评估分析【格林大讲堂】目前，有关污泥中重金属的研究主要集中在污染水平、赋存形态及生态风险方面.并评价了其生态风险;涂剑成等分析了东北地区污水处理厂污泥重金属浓度及形态，并评价了潜在生态风险;刘晓光等研究了某城市污水处理厂的剩余污泥在厌氧消化过程重 金属形态转化，并分析了生物有效性;姚金铃等探讨了我国16家城市污水处理厂的重金属污染状况并与不同重金属标准进行了比较;孙西宁等研究了污泥在好氧堆 肥过程中重金属形态的变化，发现堆肥有利于重金属形态的稳定.因此，污泥农用有望成为一种具有重要前景的处置方法.然而，一旦进入环境后，因不能被生物降解而长期存在于环境中且不断积累，致使重金属在土地农用过程中可能产生生态危害风险，从而限制其大规模土地利用.因此，对污泥中重金属污染特征进行研究，并评价潜在风险及健康风险应该引起高度重视.对我国不断加强的环保政策法规和飞速的工业发展，越来越多的工业型企业都尝试将企业排污的相关事宜交由第三方环保公司来运营管理，也有越来越多的环保企业加入到新型服务产业里面来。本着从客观的角度出发的原则，选择适合自己的优秀环保企业也成为了工业企业健康发展的关键一步武汉格林环保设施运营有限责任公司。污泥中可能同时含有大量病原菌、有机污染物和重金属等污染物质，在农用过程中重金属会释放并进入土壤生态环境，重金属作为一种持久性潜在有毒污染物，污泥是污水处理过程中的必然产物，主要由多种菌胶团与其吸附的有机和无机物集合体所组成.随着我国污水处理能力及处理率的快速增长，产生了大量剩余污泥，污泥处置将成为我国一个更加突出的实际环境问题.由于污泥中含有大量的有机质和养分元素，然而，关于污泥重金属健康风险的研究较少，健康风险评价主要集中在气体颗粒物及水体等方面. 因此，本研究在分析重金属形态及潜在风险评价的基础上，进一步分析污泥中重金属的健康风险，以更好地评价污泥重金属污染情况，为污泥农用等资源化利用提供参考.称取样品0.2 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，滴加23滴去离子水润湿，加6 mL硝酸、6 mL氢氟酸及2 mL盐酸，设定微波消解程序消解，消解后在电热板上加热赶酸，冷却加1%硝酸定容至50 mL，于4 下保存待测. 2.2.2 重金属形态分析方法 常用的形态分析方法包括Tessier逐级提取法和BCR逐级提取法，Tessier提取法分级更详细，但BCR提取法重现性相对较好.重金属元素化学形 态分析采用欧共体修正的BCR顺序提取法：酸可提取态：称取0.50 g土壤到50 mL离心管中，加入20 mL 0.11 mol L-1醋酸(HOAc)，室温振荡16 h，在3000 r min-1的转速下离心20 min，取上清液待测，残渣留存;可还原态：向上一步的残渣中加0.5 mol L-1的NH2OH HCL溶液(盐酸羟胺)20 mL，室温振荡16 h，在3000 r min-1的转速下离心20 min，取上清液待测，残渣留存;可氧化态：向上一步的残渣中加30%的H2O2 5 mL，室温反应1 h，偶尔振荡，(852)下水浴硝化1 h，蒸发至体积少于2 mL，补加5 mL H2O2，重复上述操作，体积减少到大约1 mL;冷却后加1.0 mol L-1 NH4OAc溶液25 mL，室温下振荡16 h，在3000 r min-1转速下离心20 min，取上清液待测，残渣留存;残渣态：方法同全量检测方法.本研究所取污泥中重金属含量最高的元素是Zn，其含量为930.08 mg kg-1(以干重计)，重金属含量从高到低分别为Zn CuCrPbAsNiCd，污泥中重金属含量主要影响因素包括污水来源、污水组成、污水处理工艺和水平及污泥处理技术等，其中，污水来源是重要的影响因素.本次所研究的污泥中 含有一定量的重金属，因此，在污泥资源化前应充分分析污泥中重金属的特性，有针对性地采取有效的削减措施，以提高污泥的利用价值同时避免其产生环境负效应。.通过BCR连续提取法分析了污泥中重金属的形态，污泥中不同重金属赋存形态差异较大，该污泥中残渣态比例最高的是Cr，占到79.32%;其中，残渣态比例最低的是Cd，污泥中镉的残渣态含 量已经低于检测限.污泥中Cr、Pb元素含量相对较高，但二者的存在状态主要以残渣态为主.值得注意的是，重金属的活性更大程度取决于其赋存状态，不同形 态的重金属生物毒性不同并能够产生不同的环境效应，重金属的赋存形态主要受到pH、有机质及酶活性的影响.样品中Zn、Cu的含量较高，且其活化状态所占比例大，因此，应重视Zn、Cu元素可能造成的环境危害.污泥中重金属的环境风险系数(Eri)及综合危害指数(RI)，各重金属中环境风险系数最高的是Cd，其环境风险指数为115.50，属于极高生态风险;其次是Cu，其环境风险指数为46.97，属于高生态风 险;As和Pb的环境风险指数均在2040之间，属于较高生态风险;Zn的环境风险指数为11.63，属于中生态风险;环境风险指数小于10的重金属元素是Cr和Ni，二者属于低生态污染水平;综合风险指数为237.60，属极高生态风险.需要指出的是，本次研究为了充分保证安全性，是基于污泥独立农用 进行分析的，在实际使用过程中，污泥一般作为土壤改良剂施用，因此，其可能造成的生态风险小于分析值.基于健康风险评价模型及相关参数指标，利用污泥中重金属检测结果对污泥的重金属健康风险进行评价，儿童健康风险评价结果与成人健康风险评价结果分别如表 9和表 10所示.对于目标暴露人群为儿童，以手-口摄食为暴露途径时，单一物质非致癌危害指数最高的元素是Cu，危害指数为1.2110-1;以皮肤接触为暴 露途径时，单一物质非致癌危害指数最高的元素同样是Cu，其危害指数为1.5110-3，各重金属对非致癌风险贡献率从高到低的顺序是Cu Cr Zn Pb Ni.污泥重金属非致癌综合危害指数为2.0210-1，致癌综合危害指数为1.4410-4，其中，以手-口摄食为暴露途径时，其非致癌与致癌风险 分别是2.0010-1和1.4210-4，以皮肤接触为暴露途径时对于儿童来说并不存在非致癌风险;污泥重金属致癌综合危害指数为1.4410-4，超出USEPA提供的可接受区间(110-4 110-6)，存在一定的致癌风险.但需要指出的是，为了揭示最大的致癌风险值，该研究是假设长期生活在布满污泥的环境中，因此，实际生活中，可能并不存在致癌风险.其非致癌与致癌风险分别是2.6210-3和1.7810-6，手-口摄食 暴露途径为主要的暴露途径.本次污泥金属健康风险评价研究中，非致癌综合危害指数为1.0910-1，并未达到非致癌风险警戒值“1”，其危害指数为2.0710-3，各重金属对非致癌风险贡献率从高到低的顺序是CuCrZnPbNi.污泥重金属非致癌综合危 害指数为7.2110-2，致癌综合危害指数为5.1310-5，其中，以手-口摄食为暴露途径时，当目标暴露人群为成人时，由于皮肤接触面积、摄食量及危害指数等评价指标不同，其非致癌与致癌风险评价结果也不同.对于成人而言，手-口摄食为暴露途径下，单物质非致癌危害指数最高的元素是Cu，危害指数为4.1410-2;以皮肤接触为暴露途径时，单物质非致癌危害指数最高的元素同样是Cu。其非致癌与致癌风险分别是6.8610-2和 4.8910-5，以皮肤接触为暴露途径时，其非致癌与致癌风险分别是3.6010-3和2.4510-6，手-口摄食 暴露途径为主要的暴露途径.本次污泥金属健康风险评价研究中，非致癌综合危害指数为7.2110-2，并未达到非致癌风险警戒值“1”，对于成人来说并 不存在非致癌风险;污泥重金属致癌综合危害指数为5.1310-5，在USEPA提供的可接受区间110-410-6范围之内，不存在致癌风险. 通过与儿童健康风险评价结果比较可以发现，污泥对儿童来说具有更高的致癌与非致癌风险.该污水处理厂污泥样品有重金属存在，其中，含量最高的元素是Zn;各重金属元素中，可提取态比例最高的元素是Ni，氧化态比例最高的元素是Cd，还原态比例最高的元素是Cu，残渣态比例最高的元素是Pb.通过对污泥进行重金属污染评价发现，污泥重金属综合污染指数为4.84，属于重污染;对于各重金属单风险指数来说，Cd的风险指数最高，达 到6.42，属于重污染.对污泥进行重金属潜在环境风险评价发现，污泥重金属综合风险指数为237.60，属于极高生态风险;各重金属中环境风险系数最高 的是Cd，达到115.50，属于极高生态风险.污泥样品中重金属对儿童和成人产生的非