城市污水处理厂污泥中重金属的健康风险识别赖发英

城市污水处理厂污泥中重金属的健康风险识别赖发英1，杨婷1，潘紫倩1，黄华军1,，李凯2，杨塘仪3，常彦超1，肖晓峰1（1.江西农业大学国土资源与环境学院，江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，江西南昌330045；2.井冈山市环境监测站，井冈山市343600；3.江西省环境保护科学研究院，江西南昌330002）摘要：本研究针对不同来源污水处理厂污泥中重金属的健康风险进行了评估，具体以南昌市红谷滩、青山湖、象湖和朝阳四个主要污水处理厂污泥为例。研究结果表明：青山湖污水处理厂污泥中重金属暴露剂量最高，其次是象湖、朝阳和红谷滩。青山湖污水处理厂污泥中重金属Ni的暴露剂量最高，而其它三个污水处理厂污泥中，重金属Zn在暴露剂量最高。儿童通过手—口和呼吸直接摄入剂量明显高于成人，而通过皮肤接触摄入剂量低于成人，总暴露剂量高于成人。四个污水处理厂污泥中重金属对成人的非致癌风险在可接受范围之内，青山湖污水处理厂污泥中重金属存在儿童非致癌风险，其余污水处理厂污泥中重金属的儿童致癌风险在可接受范围之内。重金属Cd的成人致癌风险低于致癌风险阈值，不存在致癌风险，儿童致癌风险均高于致癌风险阈值，存在一定的致癌风险。因而，上述四个污水处理厂污泥如未经处理则不能直接排放或进行利用，否则对儿童会引发相应的致癌和非致癌风险。建议采取有效措施进一步降低各污水处理厂污泥中重金属Cd的含量。此外，对于青山湖污水处理厂污泥而言，重金属Cu和Ni的含量也需要进一步降低。关键词：污泥；重金属；健康风险；南昌市中图分类号：X文献标识码：ADeterminationonthehealthriskofheavymetalsinsewagesludgeLAIFayin1,YANGTing1,PANZiqian1,HUANGHuajun1*,LIKai2,YANGTangyi1,CHANGYanchao1,XIAOXiaofeng1(1.KeyLaboratoryofPoyangLakeBasinAgriculturalResourceandEcologyof收稿日期：2018-05-15修回日期：2018-07-15基金项目：国家自然科学基金（21707056）；江西省自然科学项目（20151BAB213024）；江西省科技支撑计划项目（20142BBF60003）ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina（21707056）；NaturalScienceFoundationofJiangxiProvince（20151BAB213024）；ScienceandTechnologySupportPlanofJiangxiProvince（20142BBF60003）作者简介：赖发英（1966-），女，教授，博士，主要从事污染控制与生态修复研究，[e-mail]；通讯作者：黄华军，讲师，博士，[e-mail]。2019-03-2014:44:12，JinggangshanCity343600;3.JiangxiEnvironmentalProtectionScienceResearchInstituteNanchangJiangxiProvince330002)Abstract:Thisstudyfocusedonthehealthriskassessmentofheavymetalsindifferentsewagesludges(SS),takingfourmainwastewatertreatmentplants(Honggutan(HGT),Qingshanhu(QSH),Xianghu(XH)andChaoyang(CY))inNanchangCityasanexample.TheresultsshowedthatthehighestexposuredoseofheavymetalswasfoundinQSH-SS,followedbyXH-SS,CY-SSandHGT-SS.InQSH-SS,Nihadthehighestexposuredose,andinotherthreewastewatertreatmentplants,Znpossessedthehighestexposuredose.Theexposuredoseofchildrenbydirectintakethroughhand-mouthandbreathingwasobviouslyhigherthanthatofadults.Onthecontrary,theexposuredoseofchildrenbyskincontactintakewaslowerthanthatofadults.Butthetotalexposuredoseofchildrenwashigher.Thenon-carcinogenicriskofheavymetalsintheabovefoursewagesludgestoadultswaswithinacceptableranges.TheheavymetalsinQSH-SSposednon-carcinogenicrisktochildren,noinXH-SS,CY-SSandHGT-SS.ThecarcinogenicriskofCdintheabovefoursewagesludgestoadultsisunderthecorrespondingthreshold.However,Cdinallofthefoursewagesludgeshadcarcinogenicrisktochildren.Therefore,thesludgefromtheabovefoursewagetreatmentplantscannotbedischargedorutilizeddirectlywithouttreatment;otherwiseitwillcausecorrespondingcarcinogenicandnon-carcinogenicriskstochildren.ItissuggestedthateffectivemeasuresshouldbetakentofurtherreducethecontentofCdinSS.Inaddition,forQSH-SS,thecontentsofCuandNialsoneedtobefurtherreduced.Keywords:Sewagesludge;Heavymetals;Healthrisk;NanchangCity污泥是污水处理过程中产生的一种固体废物，其产生量随着污水处理厂的大量建设而快速增加[1]。根据2015年城乡建设统计年鉴可知，中国2015年城市污水处理厂的数量达到了1944座，污水处理总量达到4.10×1010m3，干污泥产生量7.46×106吨[2]。污泥是一种异质物料，构成复杂，主要包括：微生物、未消化有机物、无机物和水分等。其中的一些组分，如无毒的有机物和营养组分，可进行回收利用。与此同时，污泥中亦含有许多毒性物质，如重金属，合成有机物和致病菌等，如未妥善处理会引发严重的环境问题[3,4]。污泥中常见的重金属有Zn、Pb、Cu、Cr、Ni、Cd、Hg和As等，含量在1~1000mg/kg左右[5]。目前，常规的污泥处理和处置方法主要包括三种：农业利用、焚烧和卫生填埋。然而，这些处理方法都存在引发重金属污染的潜在风险[6,7]。因此，在污泥进行最终的处置或利用之前，应对污泥采取一些必要的预处理措施，以减少或钝化污泥中含有的重金属。而全面地认识污泥中重金属的赋存特性，对于控制污泥处理过程中的重金属的污染而言，是一项基本但是非常重要的工作[8]。目前，有关污泥中重金属的赋存特性的研究主要集中于重金属的污染程度、化学形态及生态风险三个方面。例如，CHEN等人[9]对长沙、株洲和湘潭三地的污水厂处理厂污泥中重金属的总含量和化学形态进行了分析；LASHEEN和AMMAR[10]对埃及开罗主要的污水处理厂污泥中重金属的总含量和化学形态进行了研究，发现污泥的稳定化处理可以减少活性态重金属的含量；LI等人[11]对无锡市主要污水处理厂污泥中重金属的含量和形态分布进行了研究，并对重金属的污染程度和生态风险进行了分析。GUSIATIN和KULIKOWSKA[12]对堆肥前后污泥中重金属的含量、形态、稳定性和生态风险的变化进行了评估。YANG等人[8]首先对南昌市主要污水处理厂污泥中重金属的含量和形态进行了分析，在此基础上对重金属的污染程度和生态风向进行了考察。目前，有关污泥中重金属的健康风险的研究较少。何绪文等人[13]针对北京市某污水处理厂污泥中重金属的健康风险进行了评价，发现儿童致癌风险指数超出了可接受范围。有关土壤、街尘和食物中重金属的健康风险研究已被广泛开展[14-20]。在污泥的处理、处置和资源化利用过程中都存在人体接触的可能性，因而进一步深入开展污泥中重金属的健康风险评价研究具有重要的理论和实践意义。本研究在参考土壤、街尘和食物中重金属健康风险评价模型的基础之上，进一步完善了污水处理厂污泥中重金属的健康风险评价模型，然后将其应用于南昌市主要污水处理厂污泥中重金属的健康风险评价，并探讨不同污水处理厂污泥中重金属健康风险的差异。本研究的开展将进一步为污水处理厂污泥中重金属的健康风险评价提供理论参考，也可为南昌市污水处理厂污泥处理处置的健康风险管理提供科学依据。1材料与方法1.1污泥样品的采集与预处理本研究选取了南昌市四个主要污水处理厂污泥为研究对象，具体包括：红谷滩污水处理厂（HGT）、青山湖污水处理厂（QSH）、象湖污水处理厂（XH）和朝阳污水处理厂（CY）。各污水处理厂污水和污泥处理工艺：HGT，A2/O+带式过滤；QSH，（氧化沟+SBR）+（厌氧消化+带式过滤）；XH，（水解+氧化沟）+带式过滤；CY，氧化沟+旋转压滤。所有污泥样品采用经机械脱水后的污泥，采集后先将污泥样品自然通风烘干，然后将污泥粉碎至100目以下。最后将粉碎后污泥粉末置于烘箱中在105℃的条件下烘干24h，然后储存在干燥箱中备用。各污泥样品的基本物理化学特性，如元素组成、pH、工业分析和电导率等，参见作者先前的论文[8]。1.2污泥中重金属含量的测定污泥中重金属的健康风险识别通常是依据污泥中重金属的总含量来开展的。本研究中污泥中重金属的总含量采用HNO3+HClO4+H2O2法消解，然后通过原子吸收分光光度计测定。各污水处理厂污泥中重金属的总含量可参见作者先前的论文[8]。1.3污泥中重金属健康风险评价模型的建立1.3.1暴露途径的选择污染物的人体暴露途径通常包括三种：①饮用水、动植物和土壤的摄入；②大气的挥发物和颗粒物的吸入；③土壤、地表水和地下水的皮肤接触等[21]。污水处理厂污泥中重金属进入人体的途径主要有两种：①通过手—口和呼吸直接摄入空气中污泥粉尘中的重金属；②通过人体皮肤直接接触污泥而摄入污泥中的重金属。两种途径日均暴露量计算公式如下：（1）通过手—口和呼吸直接摄入的日均暴露剂量CDIinh(mg/kg·d)：365ATBWEDEFCFIRCCDIinh（1）（2）通过皮肤接触途径吸收的日均暴露剂量CDIdermal(mg/kg·d)：365ATBWEDEFCFABSSLSACCDIdermal（2）式中，C表示