论文摘要
随着我国社会经济水平的提高和城镇化的发展,城市污水处理厂正如雨后春笋般的在全国各大中城市建成并投入运行。这固然对防治我国的水污染问题起到了积极作用,但一个潜在的问题随之产生,即污泥的处置与处理问题。长期以来,我国存在着重污水处理,轻污泥处理的倾向。据统计,我国城市污水处理厂每年排放泥约900万吨,并以每年20%的速度递增。大量未经稳定化处理的污泥没有正常出路,已成为污水处理厂的沉重负担和影响城乡环境的重要污染源。污泥中含有大量的有机物、重金属以及病原菌等,不加处理任意排放,会对环境造成严重的污染。近年来,我国城市污泥中的有害重金属含量已经明显下降,将污泥堆肥化处理后施用于园林绿地是较理想的土地利用方式,为了寻求污泥土地利用更广阔的途径,将污泥堆肥化处理后施用于蔬菜、作物是一个重要的研究内容。本试验在借鉴前人利用污泥的经验基础上,首先根据农民的施肥习惯,贴近生产,对河南省郑州市菜区进行抽样分析,探讨了惠济区不同菜区土壤重金属含量,为污泥在蔬菜地上施用打下基础;之后以惠济区薛岗菜区为试验区,许昌瑞贝卡生活污水处理厂污泥堆肥为供试肥料,连续施用4季,重点分析了不同污泥施用量对土壤及空心菜体内重金属积累的影响,建立了施用量和施用年限对土壤中重金属含量积累的模型,分析了空心菜收获后存在的食品安全问题,为污泥资源化农用,寻求污泥堆肥作为肥料的最佳施入量和施用年限提供参考依据;最后,着眼于河南省,分析了河南省17个地市城市生活污水处理厂污泥农用年限对土壤重金属的积累情况,对河南省污泥农用风险进行了客观预测分析,为河南省城市生活污水处理厂污泥农用出谋划策。结果如下:1.惠济区4个菜区其中3个菜区的土壤综合污染指数都超过了1.0,等级都超过了警戒线,污染程度为:惠济桥菜区>青寨菜区>铁炉菜区>薛岗菜区;Cd的单项污染指数分别在4个菜区中都是最高,Cd污染相对严重;Q型聚类结果表明,6种重金属共分为2组,第1组包括Zn,Cr,Cu,Ni和Pb,它们具有共同的污染指数特征,即其污染指数都较小;第2组包括Cd,它的污染指最数大;相关性及主成分分析表明,Cd、Cu、Zn、Cr与Pb之间达到了显著的关系,这几种元素存在着复合污染,同来自过去30年的连续污水灌溉及现在大量施用化肥有关。2.污泥施用后显著提高空心菜的产量,在污泥施用30t/hm2量下空心菜的产量最高,高于空白处理102.80%,且空心菜体内硝态氮含量在国家食品卫生标准范围内,但是有潜在风险,特别是连续多年施用污泥,蔬菜体内硝态氮含量将不断积累,通过食物链作用于人体。3.连续4季施用污泥导致土壤重金属全量积累,根据土壤安全年限预测模型来看,若以最佳施用量30t/hm2的施用量用于该菜区,土壤中Cd、Cr分别在污泥施连续施用1年、10年便有可能超过国家农田土壤二级标准;Cu短期积累效应比较明显,尽管Zn、Pb、Ni在土壤中短期积累不会特别明显,但长期大量施用污泥,也会有积累的风险。4.空心菜体内重金属含量表现出随污泥用量增加而增加的趋势,且不同处理都表现出Zn>Cu> Cr>Pb>Ni>Cd。与食品中重金属限量卫生标准的比较,在第1季的时候,空心菜体内Zn、Pb的含量已经超过了国家食品卫生标准;第2季时,Cu、Cd、Cr含量超出了国家食品卫生标准范围;第3季时Ni也超出了国家食品卫生标准范围。在以后的污泥施用中,要考虑重金属的固化处理,比如说利用石灰处理等。在施用污泥时,应注意避开叶菜类的蔬菜品种,以最大限度地减少可能存在的、因重金属累积而引起的危害。5.若以每人每日进食400克蔬菜,空心菜含水率按照95%计算,所有重金属的每人每日摄取量均低于ADI标准值。6.在河南省土壤条件下, 17个城市污泥样品中因某一项或几项重金属含量超过标准的有8个,几乎占到了一半。其中Zn的超标率达到了41.2%,Cu、Cr、Cd都有不同程度的超标,其他重金属含量均值虽然不超标,但在不同污泥中变化幅度很大,极差可达平均值的几倍,这可能是不同地域污水性质差异很大,与当地人民生活水平、习惯和工农业性质有关。7.综合污染预测评价显示,连续施用17个地市点污泥5、10、20年过程中,土壤污染程度表现为持续严重,重污染区不断增多。连续施用5年后河南省内有7个点污泥可能造成土壤不同程度的污染,其中2个点土壤为轻度污染,4个点土壤已达到了重污染;在污泥连续施用超过10年时,土壤受到污染的城市点数达到了11个,重污染区增加不明显,轻度污染和中度污染所占比重增加;连续施用污泥20年后可能造成所有地市点土壤被污染。8.17个地市点污泥施用蔬菜地时建议首先降低Cd的浓度,建议濮阳、鹤壁、焦作、平顶山、周口、许昌、郑州7个点的污泥可以用在粮食作物;开封、三门峡、信阳、漯河、新乡5个点的污泥不宜用在粮食作物,可以用在经济作物;安阳、洛阳、驻马店、南阳、商丘5个点的污泥不宜用在经济作物,建议可用在园林绿化等方面。但不管农用在哪个领域,都应建立污泥、土壤、环境长期定位试验研究,从过程中监测重金属的污染情况,从而确定污泥适宜的施用量及施用年限。