中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势
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用 Box2Cox均值表征污泥的重金属含量 (见表
1) ,其 A s、Cd、C r、Cu、Hg、N i、Pb和 Zn的平均含量分
别为 20. 2、2. 01、93. 1、219、2. 13、48. 7、72. 3 和
1 058 m g / kg。
表 1 中国城市污泥的重金属含量 ( n = 107)
注 : 数据后标注不同字母表示同一列的数据之间存在 显著差异 ( p < 0. 05) 。
213 城市污泥土地利用的可行性 与《城镇 污 水 处 理 厂 污 染 物 排 放 标 准 》( GB
18918—2002)相比 ,当前我国城市污泥中 Cd、Cu、N i 和 Zn含量的超标率相对较高 ,其中 Zn含量的超标 率最高 ,为 11. 2% ,其次为 Cd、Cu和 N i的含量 ,超 标率均为 6. 5%。与美国和欧盟的农用污泥中重金 属含量的控制标准相比 ,我国城市污泥重金属含量 的超标率总体上并不高 ,超标的重金属主要有 Cd、 Cu、N i和 Zn。有研究表明 ,污泥经堆肥处理后 ,可 有效钝化重金属 ,降低重金属污染的风险 [ 5、6 ] 。第
第
25卷 第 13期 2009年 7月
CH
中国给水排水
Vol. 25 No. 13
INA WATER & WASTEWATER
Jul. 2009
中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势
杨 军 1 , 郭广慧 1 , 陈同斌 1 , 郑国砥 1 , 高 定 1 , 杨苏才 1 , 宋 波 1 , 杜 伟 2
第 25卷 第 13期
城市污泥中富含农作物生长所需的有机质 、氮 和磷等营养物质 ,污泥的土地利用可使农作物增产 , 是适合中国国情的处置方式 [ 1、2 ] ,但是对污泥中重 金属的担忧是目前限制其大规模土地利用的主要因 素 。陈同斌等人 [ 3 ]统计了 1994年 —2001 年中国城 市污水厂污泥的重金属含量 ,但因不同污泥样品的 采样过程 、分析方法等不同 ,统计结果的说服力并不 强 。随着社会 、经济的发展 ,城市污水事业发展迅 速 ,污水厂建设从大中城市向中小城市普及 ,城市工 业废水的控制排放及清洁技术的应用 ,使城市污泥 的重金属含量发生了明显的变化 [ 4 ] 。因此有必要 对全国城市污泥的重金属含量进行系统 、全面的研 究 。笔者于 2006年考察了我国城市污泥的重金属 含量及其动态变化趋势 ,为分析城市污泥土地利用 的可行性提供数据支持 。
1 材料与方法
城市污泥样品采自各城市污水厂二沉池的脱水 污泥 ,为充分体现污泥样本的代表性 ,在污泥厂房的 不同方位采集 4～5个污泥样品 ,混合后取 2～3 kg。 共采集了来自全国不同城市的 107个污泥样品 。
污泥取回后冷冻干燥 ,磨碎后过 100目尼龙筛 。 采用美国环保局 (USEPA ) 推荐的污泥消煮方法 ,利 用微波消解系统处理污泥样品 。消煮液中的 Cd用 石墨炉 - 原子吸收光谱仪测定 , Cr 、Cu、N i 、Pb、Zn 用火焰 - 原子吸收光谱法测定 , A s、Hg用氢化物发 生 - 原子荧光光谱法测定 。试验所用试剂均为优级 纯 ,所用的水均为亚沸水 。通过加标回收进行分析 过程的质量控制 ,经测定 ,分析过程中 A s、Cd、Cr、 Cu、Hg、N i、Pb、Zn的回收率分别为 ( 95% ～105% ) 、 ( 81% ～ 113% ) 、( 88% ～ 109% ) 、 ( 96. 5% ～ 105% ) 、(80% ～88% ) 、( 102% ～111% ) 、( 98% ～ 106% ) 、(98% ～106% ) 。
所有数据采用 SPSS 11. 0处理 ,正态检验用 K2S 法检验 , 差 异 显 著 性 用 单 样 本 T 检 验 完 成 ( p < 0. 05) 。
2 结果与讨论
2 11 城市污泥的重金属含量 采用 K2S 法 检验城 市污 泥 中 A s、Cd、C r、Cu、
Hg、N i、Pb及 Zn含量的分布 ,结果表明 ,此 8种重金 属含量均不服从对数正态分布 。经 Box2Cox转换 后 , 8种重金属含量均服从正态分布 ( p = 0. 05) 。
YAN G Jun1 , GUO Guang2hui1 , CHEN Tong2bin1 , ZHEN G Guo2di1 , GAO D ing1 , YAN G Su2cai1 , SON G Bo1 , DU W ei2
( 1. Cen ter for Environm en ta l R em ed ia tion, Institu te of Geog raph ic S ciences and N a tu ra l R esou rces R esea rch, Ch inese A cadem y of S ciences, B eijing 100101, Ch ina; 2. B eijing
20. 2 2. 01 93. 1 219 2. 13 48. 7 72. 3 1 058
212 城市污泥重金属含量的变化趋势 与 2001年以前相比 , 2006 年中国城市污泥中
Cd、C r、Cu、Hg、N i、Pb、Zn等 7种重金属的含量均呈 显著下降的趋势 ,其中 Cu含量的下降幅度最大 ,为 54. 9% ,其次为 C r和 Pb 的含量 ,下降幅度分别为 49. 7% 和 44. 8% , N i 和 Cd 的 含 量 分 别 下 降 了 37. 2%和 32. 3% , Zn 和 Hg含量的下降幅度较小 , 分别为 27%和 25% (见表 2 ) 。其主要原因是城市 工业废水的控制排放及清洁技术的应用 。
中图分类号 : X703 文献标识码 : C 文章编号 : 1000 - 4602 (2009) 13 - 0122 - 03
Concen tra tion s and Var ia tion源自文库of Heavy M eta ls in M un ic ipa l Sludge of Ch ina
Tab. 1 Heavy metals concentrations in municipal sludge
in China ( n = 107)
m g·kg- 1
重
含量
金 属
最小值
中值
最大值
算术 均值
几何 均值
标准差
Box2Cox 均值
A s 0. 78 19. 9 269 25. 2 19. 7 26. 8 Cd 0. 04 1. 74 999 18. 2 2. 33 109 Cr 20. 0 85. 3 6 365 259 103 714 Cu 51. 0 223 9 592 499 257 1 131 Hg 0. 04 2. 18 17. 5 3. 18 1. 98 3. 13 N i 16. 4 46. 2 6 206 167 58. 8 719 Pb 3. 60 83. 6 1 022 112 78. 2 134 Zn 217 1 025 30 098 2 089 1 235 3 819
基 金 项 目 : 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 863 ) 项 目 ( 2006AA06Z384 ) ; 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 2006BAD25B03、 2006BAJ10B04)
·122·
www. watergasheat. com
杨 军 ,等 :中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势
表 2 不同时期城市污泥重金属含量的比较 Tab. 2 Concentrations of heavy metals in municipal
sludge in 2006 and before 2001 mg·kg- 1
项 目 A s Cd Cr Cu Hg N i Pb Zn 2006年 20. 2a 2. 01a 93. 1a 219a 2. 13a 48. 7a 72. 3a 1 058a 2001年前 16. 1a 2. 97b 185b 486b 2. 84b 77. 5b 131b 1 450b
GreenTech Environm en ta l Eng ineering Com pany, B eijing 100080, Ch ina) Abstract: To identify the concentrations of heavy m etals in municipal sludge of China, samp les of m unicipal sludge were collected from 107 sewage treatment p lants in China in 2006. The results indicate that the average concentrations of A s, Cd, C r, Cu, Hg, N i, Pb and Zn in the sludge are 20. 2 mg / kg, 2. 01 mg / kg, 93. 1 m g / kg, 219 mg / kg, 2. 13 mg / kg, 48. 7 mg / kg, 72. 3 m g / kg and 1 058 mg / kg re2 spectively. Compared w ith the results of heavy metals in m unicipal sludge taken before 2001, there is a significant decrease in heavy m etals in the sludge, and the average concentrations of Cd, C r, Cu, Hg, N i, Pb and Zn are decreased by 32. 3% , 49. 7% , 54. 9% , 25% , 37. 2% , 44. 8% and 27% respec2 tively. However, the concentrations of Cd, Cu, N i and Zn in the samp les exceed the heavy metal lim its of D ischa rge S tanda rd of Pollu tan ts forM un icipa lW astew a ter T rea tm en t P lan t ( GB 18918 - 2002) , being 6. 5% , 6. 5% , 6. 5% and 11. 2% respectively. Key words: m unicipal sludge; heavy metal; variation of concentration
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所 环境修复中心 , 北京 100101; 2. 北京中科博联环境 工程有限公司 , 北京 100080)
摘 要 : 于 2006年从全国范围内选取 107个城市污泥样品 ,测定了其重金属含量 。结果表 明 ,污泥中 A s、Cd、C r、Cu、Hg、N i、Pb和 Zn的平均含量分别为 20. 2、2. 01、93. 1、219、2. 13、48. 7、 72. 3和 1 058 mg / kg。与 2001年以前的调查结果相比 ,污泥中的重金属含量总体呈下降趋势 ,其中 Cd、Cr、Cu、Hg、N i、Pb 和 Zn 的含量分别降低了 32. 3%、49. 7%、54. 9%、25%、37. 2%、44. 8%和 27%。与《城镇污水处理厂污染物排放标准 》( GB 18918—2002)相比 ,城市污泥中 Cd、Cu、N i和 Zn 含量的超标率相对较高 ,其超标率分别为 6. 5%、6. 5%、6. 5%和 11. 2%。 关键词 : 城市污泥 ; 重金属 ; 含量变化
1) ,其 A s、Cd、C r、Cu、Hg、N i、Pb和 Zn的平均含量分
别为 20. 2、2. 01、93. 1、219、2. 13、48. 7、72. 3 和
1 058 m g / kg。
表 1 中国城市污泥的重金属含量 ( n = 107)
注 : 数据后标注不同字母表示同一列的数据之间存在 显著差异 ( p < 0. 05) 。
213 城市污泥土地利用的可行性 与《城镇 污 水 处 理 厂 污 染 物 排 放 标 准 》( GB
18918—2002)相比 ,当前我国城市污泥中 Cd、Cu、N i 和 Zn含量的超标率相对较高 ,其中 Zn含量的超标 率最高 ,为 11. 2% ,其次为 Cd、Cu和 N i的含量 ,超 标率均为 6. 5%。与美国和欧盟的农用污泥中重金 属含量的控制标准相比 ,我国城市污泥重金属含量 的超标率总体上并不高 ,超标的重金属主要有 Cd、 Cu、N i和 Zn。有研究表明 ,污泥经堆肥处理后 ,可 有效钝化重金属 ,降低重金属污染的风险 [ 5、6 ] 。第
第
25卷 第 13期 2009年 7月
CH
中国给水排水
Vol. 25 No. 13
INA WATER & WASTEWATER
Jul. 2009
中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势
杨 军 1 , 郭广慧 1 , 陈同斌 1 , 郑国砥 1 , 高 定 1 , 杨苏才 1 , 宋 波 1 , 杜 伟 2
第 25卷 第 13期
城市污泥中富含农作物生长所需的有机质 、氮 和磷等营养物质 ,污泥的土地利用可使农作物增产 , 是适合中国国情的处置方式 [ 1、2 ] ,但是对污泥中重 金属的担忧是目前限制其大规模土地利用的主要因 素 。陈同斌等人 [ 3 ]统计了 1994年 —2001 年中国城 市污水厂污泥的重金属含量 ,但因不同污泥样品的 采样过程 、分析方法等不同 ,统计结果的说服力并不 强 。随着社会 、经济的发展 ,城市污水事业发展迅 速 ,污水厂建设从大中城市向中小城市普及 ,城市工 业废水的控制排放及清洁技术的应用 ,使城市污泥 的重金属含量发生了明显的变化 [ 4 ] 。因此有必要 对全国城市污泥的重金属含量进行系统 、全面的研 究 。笔者于 2006年考察了我国城市污泥的重金属 含量及其动态变化趋势 ,为分析城市污泥土地利用 的可行性提供数据支持 。
1 材料与方法
城市污泥样品采自各城市污水厂二沉池的脱水 污泥 ,为充分体现污泥样本的代表性 ,在污泥厂房的 不同方位采集 4～5个污泥样品 ,混合后取 2～3 kg。 共采集了来自全国不同城市的 107个污泥样品 。
污泥取回后冷冻干燥 ,磨碎后过 100目尼龙筛 。 采用美国环保局 (USEPA ) 推荐的污泥消煮方法 ,利 用微波消解系统处理污泥样品 。消煮液中的 Cd用 石墨炉 - 原子吸收光谱仪测定 , Cr 、Cu、N i 、Pb、Zn 用火焰 - 原子吸收光谱法测定 , A s、Hg用氢化物发 生 - 原子荧光光谱法测定 。试验所用试剂均为优级 纯 ,所用的水均为亚沸水 。通过加标回收进行分析 过程的质量控制 ,经测定 ,分析过程中 A s、Cd、Cr、 Cu、Hg、N i、Pb、Zn的回收率分别为 ( 95% ～105% ) 、 ( 81% ～ 113% ) 、( 88% ～ 109% ) 、 ( 96. 5% ～ 105% ) 、(80% ～88% ) 、( 102% ～111% ) 、( 98% ～ 106% ) 、(98% ～106% ) 。
所有数据采用 SPSS 11. 0处理 ,正态检验用 K2S 法检验 , 差 异 显 著 性 用 单 样 本 T 检 验 完 成 ( p < 0. 05) 。
2 结果与讨论
2 11 城市污泥的重金属含量 采用 K2S 法 检验城 市污 泥 中 A s、Cd、C r、Cu、
Hg、N i、Pb及 Zn含量的分布 ,结果表明 ,此 8种重金 属含量均不服从对数正态分布 。经 Box2Cox转换 后 , 8种重金属含量均服从正态分布 ( p = 0. 05) 。
YAN G Jun1 , GUO Guang2hui1 , CHEN Tong2bin1 , ZHEN G Guo2di1 , GAO D ing1 , YAN G Su2cai1 , SON G Bo1 , DU W ei2
( 1. Cen ter for Environm en ta l R em ed ia tion, Institu te of Geog raph ic S ciences and N a tu ra l R esou rces R esea rch, Ch inese A cadem y of S ciences, B eijing 100101, Ch ina; 2. B eijing
20. 2 2. 01 93. 1 219 2. 13 48. 7 72. 3 1 058
212 城市污泥重金属含量的变化趋势 与 2001年以前相比 , 2006 年中国城市污泥中
Cd、C r、Cu、Hg、N i、Pb、Zn等 7种重金属的含量均呈 显著下降的趋势 ,其中 Cu含量的下降幅度最大 ,为 54. 9% ,其次为 C r和 Pb 的含量 ,下降幅度分别为 49. 7% 和 44. 8% , N i 和 Cd 的 含 量 分 别 下 降 了 37. 2%和 32. 3% , Zn 和 Hg含量的下降幅度较小 , 分别为 27%和 25% (见表 2 ) 。其主要原因是城市 工业废水的控制排放及清洁技术的应用 。
中图分类号 : X703 文献标识码 : C 文章编号 : 1000 - 4602 (2009) 13 - 0122 - 03
Concen tra tion s and Var ia tion源自文库of Heavy M eta ls in M un ic ipa l Sludge of Ch ina
Tab. 1 Heavy metals concentrations in municipal sludge
in China ( n = 107)
m g·kg- 1
重
含量
金 属
最小值
中值
最大值
算术 均值
几何 均值
标准差
Box2Cox 均值
A s 0. 78 19. 9 269 25. 2 19. 7 26. 8 Cd 0. 04 1. 74 999 18. 2 2. 33 109 Cr 20. 0 85. 3 6 365 259 103 714 Cu 51. 0 223 9 592 499 257 1 131 Hg 0. 04 2. 18 17. 5 3. 18 1. 98 3. 13 N i 16. 4 46. 2 6 206 167 58. 8 719 Pb 3. 60 83. 6 1 022 112 78. 2 134 Zn 217 1 025 30 098 2 089 1 235 3 819
基 金 项 目 : 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 863 ) 项 目 ( 2006AA06Z384 ) ; 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 2006BAD25B03、 2006BAJ10B04)
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杨 军 ,等 :中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势
表 2 不同时期城市污泥重金属含量的比较 Tab. 2 Concentrations of heavy metals in municipal
sludge in 2006 and before 2001 mg·kg- 1
项 目 A s Cd Cr Cu Hg N i Pb Zn 2006年 20. 2a 2. 01a 93. 1a 219a 2. 13a 48. 7a 72. 3a 1 058a 2001年前 16. 1a 2. 97b 185b 486b 2. 84b 77. 5b 131b 1 450b
GreenTech Environm en ta l Eng ineering Com pany, B eijing 100080, Ch ina) Abstract: To identify the concentrations of heavy m etals in municipal sludge of China, samp les of m unicipal sludge were collected from 107 sewage treatment p lants in China in 2006. The results indicate that the average concentrations of A s, Cd, C r, Cu, Hg, N i, Pb and Zn in the sludge are 20. 2 mg / kg, 2. 01 mg / kg, 93. 1 m g / kg, 219 mg / kg, 2. 13 mg / kg, 48. 7 mg / kg, 72. 3 m g / kg and 1 058 mg / kg re2 spectively. Compared w ith the results of heavy metals in m unicipal sludge taken before 2001, there is a significant decrease in heavy m etals in the sludge, and the average concentrations of Cd, C r, Cu, Hg, N i, Pb and Zn are decreased by 32. 3% , 49. 7% , 54. 9% , 25% , 37. 2% , 44. 8% and 27% respec2 tively. However, the concentrations of Cd, Cu, N i and Zn in the samp les exceed the heavy metal lim its of D ischa rge S tanda rd of Pollu tan ts forM un icipa lW astew a ter T rea tm en t P lan t ( GB 18918 - 2002) , being 6. 5% , 6. 5% , 6. 5% and 11. 2% respectively. Key words: m unicipal sludge; heavy metal; variation of concentration
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所 环境修复中心 , 北京 100101; 2. 北京中科博联环境 工程有限公司 , 北京 100080)
摘 要 : 于 2006年从全国范围内选取 107个城市污泥样品 ,测定了其重金属含量 。结果表 明 ,污泥中 A s、Cd、C r、Cu、Hg、N i、Pb和 Zn的平均含量分别为 20. 2、2. 01、93. 1、219、2. 13、48. 7、 72. 3和 1 058 mg / kg。与 2001年以前的调查结果相比 ,污泥中的重金属含量总体呈下降趋势 ,其中 Cd、Cr、Cu、Hg、N i、Pb 和 Zn 的含量分别降低了 32. 3%、49. 7%、54. 9%、25%、37. 2%、44. 8%和 27%。与《城镇污水处理厂污染物排放标准 》( GB 18918—2002)相比 ,城市污泥中 Cd、Cu、N i和 Zn 含量的超标率相对较高 ,其超标率分别为 6. 5%、6. 5%、6. 5%和 11. 2%。 关键词 : 城市污泥 ; 重金属 ; 含量变化