方宇媛，韓光磊，王紅新

1.池州學(xué)院材料與環(huán)境工程學(xué)院，安徽池州,247000；2.安徽池州九華發(fā)電有限公司，安徽池州,247000

城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理過程產(chǎn)生的污泥具有數(shù)量巨大、有一定的污染物等特征，給城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行和管理帶來很大壓力，若其處理不當(dāng)，將會(huì)對環(huán)境造成二次污染[1-2]。鑒于此，學(xué)者從多個(gè)角度對污水處理廠污泥危害展開研究。李勃等[3]研究了堆肥污泥改性土壤對植物幼苗生長及植株重金屬吸收的影響。袁玉清等[4]、劉亞納等[5]、耿源濛等[6]和杜慶才等[7]分析了不同地區(qū)污水處理廠污泥中多種重金屬含量，并進(jìn)行污泥的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，研究結(jié)果顯示，由于污水來源不同，水質(zhì)存在差異，其污泥中重金屬含量也會(huì)呈現(xiàn)明顯不同。因此，其農(nóng)用過程的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)引起關(guān)注。

不同區(qū)域污泥的處理方式、重金屬種類和含量差異造成其主要風(fēng)險(xiǎn)因子、健康風(fēng)險(xiǎn)水平有明顯不同，且不同暴露途徑下污泥健康風(fēng)險(xiǎn)也存在顯著差異[8]。杜慶才等[7]研究了蚌埠市污水處理廠污泥的健康風(fēng)險(xiǎn)水平，結(jié)果表明其污泥健康防風(fēng)險(xiǎn)水平屬于可接受范圍。李清芳等[9]發(fā)現(xiàn)重慶市某污水處理廠污泥中Cu和Mn的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高，且手—口攝入為產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑。因此，開展污泥重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以評(píng)價(jià)特定收水范圍、污水處理工藝和污泥處理工藝條件下污泥中不同重金屬對不同人群的健康風(fēng)險(xiǎn)，便于采取針對性管理對策和措施。為明確池州市某城鎮(zhèn)污水處理廠污泥重金屬含量和健康風(fēng)險(xiǎn)水平，采集其壓濾處理后的污泥，檢測其重金屬(Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn和Cu)含量，開展健康風(fēng)險(xiǎn)分析，研究結(jié)論可為該城鎮(zhèn)污水處理廠采取更加合理的污泥處置途徑提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與保存

采集壓濾干化處理后污泥，平鋪于實(shí)驗(yàn)室土壤樣品盤中并自然風(fēng)干，用木錘壓碎，進(jìn)行四分法取樣，研磨后過100目尼龍篩。過篩后再進(jìn)行四分法取樣，樣品混勻備用。

1.2 樣品檢測方法

根據(jù)《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》CJ/T221-2005[10]，采用原子熒光法測定Hg含量，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定Cd、Pb、Cr、As、Ni、Zn和Cu的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

1.3.1 污染水平評(píng)價(jià)

單因子指數(shù)法常用于污泥中各種重金屬污染水平評(píng)價(jià)，計(jì)算公式見(1)式[8]：

(1)

其中，Pi為第i種重金屬的單因子指數(shù)；Ci為第i種重金屬含量實(shí)測值，mg·kg-1；C0i為第i種重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)限值，mg·kg-1。C0i依據(jù)《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB 4284-2018[11]確定。

1.3.2 污泥重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)分析

參考土壤重金屬的暴露途徑、暴露參數(shù)和暴露模型[7,8,12]，本研究的暴露對象選擇兒童和成人。由于Hg易揮發(fā)，因此選擇三種主要暴露途徑為：手—口攝入途徑、皮膚接觸攝入途徑和呼吸攝入途徑。其中，第i種重金屬手—口攝食途徑攝入量ADDi手—口，mg·(kg·d)-1、皮膚接觸攝入量ADDi皮膚，mg·(kg·d)-1和呼吸攝入量ADDi呼吸，mg·(kg·d)-1的計(jì)算公式分別見(2)式、(3)式和(4)式。不同污染物在不同暴露途徑下總攝入量為ADD總，mg·(kg·d)-1，計(jì)算公式見(5)式。

(2)

(4)

(5)

式中，Ci為第i種重金屬測定值，mg·kg-1；IR為重金屬手—口攝入速率，mg·d-1；CF為單位轉(zhuǎn)換因子，kg·mg-1；EF為暴露頻率，d·a-1；ED為暴露年限，a；BW為暴露對象的體重，kg；AT為平均暴露作用時(shí)間，a；SA為皮膚可能暴露的面積，cm2·d-1；SL為皮膚對污泥的黏附能力，mg·m-2；ABS為皮膚對重金屬的吸附能力；VF為蒸發(fā)系數(shù)。公式(2)—(5)中相應(yīng)參數(shù)的參考值見表1。

分別按照致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)來開展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。As和Cd屬于化學(xué)致癌物，Pb、Cr、Hg、Ni、Zn和Cu為非致癌物[13]。采用HQij表示第i種污染物第j種暴露途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，計(jì)算公式見(6)式；第i種污染物多種暴露途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為HIi，計(jì)算公式見(7)式；第j種暴露途徑下多物

表1 環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中各參數(shù)的取值

質(zhì)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HIj計(jì)算方法見(8)式；多污染多途徑聯(lián)合的非致癌風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)HI，計(jì)算公式見(9)式。對于第i種污染物第j種暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)采用Rij表示，屬于低風(fēng)險(xiǎn)水平(Rij<0.01)的致癌風(fēng)險(xiǎn)值Rij計(jì)算方法見(10)式；第i種污染物多種暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ri計(jì)算方法見(11)式；第j種暴露途徑下多物質(zhì)的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Rj計(jì)算方法見(12)式；對于多個(gè)污染物多種暴露途徑的綜合致癌風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)用R表示，計(jì)算公式見(13)式。

(6)

(7)

(8)

(9)

Rij=ADDij×SF

(10)

(11)

(12)

(13)

式中：i代表污染物種類，j代表污染途徑；RfDij為第i種污染物第j種暴露途徑的參考劑量，mg·(kg·d)-1；SF代表斜率系數(shù)，(kg·d)·mg-1。RfDij和SF具體取值見表2。

表2 RfDij和SF參考值

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥重金屬含量分析

重金屬含量分析結(jié)果見表3。從結(jié)果可知，該污泥中八種重金屬含量差異較大，其中Zn含量最高，達(dá)848 mg·kg-1，而Hg含量最低，為0.52 mg·kg-1。各重金屬單因子指數(shù)排序?yàn)镃d>Zn>As>Cu>Ni>Hg>Pb>Cr，其中Cd單因子指數(shù)大于1。

表3 重金屬含量及Pi計(jì)算結(jié)果

2.2 污泥重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.2.1 重金屬暴露量分析與討論

不同接觸途徑下污泥中重金屬暴露量計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可知，不同暴露途徑條件下，成人的重金屬暴露總量排序?yàn)槭帧跀z入量>皮膚接觸量>呼吸攝入量(汞蒸汽)；而兒童的重金屬暴露總量排序?yàn)槭帧跀z入量>呼吸攝入量(汞蒸汽)>皮膚接觸量。成人和兒童不同暴露途徑下單一金屬暴

表4 不同接觸途徑下污泥中重金屬的暴露量 mg·(kg·d)-1

露總量排序均為Zn>Cu>Ni>Cr>Pb>As>Hg>Cd，兒童總攝入量大于成人?？梢娛帧跀z食途徑是主要暴露途徑。

2.2.2 重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與討論

成人污泥重金屬暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)見表5。對于成人而言，單一暴露途徑條件下多物質(zhì)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)槭帧跀z食>呼吸攝入(汞蒸汽)>皮膚接觸。對于單個(gè)污染物多種暴露途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)镃u>Hg>Cr>Ni>Zn>Pb，多物質(zhì)多途徑聯(lián)合的非致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)為5.77×10-2。可見，Cu的非致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，且手—口攝食是非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑。

表5 成人重金屬暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)

對于單一暴露途徑條件下多物質(zhì)致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)槭帧跀z食>皮膚接觸，其值分別為3.00×10-5和1.50×10-6。對于單個(gè)污染物多種暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)锳s>Cd，其值分別為1.84×10-5和1.32×10-5。而成人多物質(zhì)多途徑聯(lián)合的致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)為3.16×10-5,其中手—口攝食是造成致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑。

兒童污泥重金屬暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)見表6。對于兒童而言，單一暴露途徑條件下多物質(zhì)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)槭帧跀z食>呼吸攝入(汞蒸汽)>皮膚接觸。對于單個(gè)污染物多種暴露途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)镃u>Hg>Cr>Zn>Ni>Pb，兒童非致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)為1.55×10-1?？梢姡瑢τ趦和?，Cu的非致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，且手—口攝食是造成非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑。

表6 兒童重金屬暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)

對于單一暴露途徑條件下多物質(zhì)的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)槭帧跀z食>皮膚接觸，其值分別為8.77×10-5和1.09×10-6。對于單個(gè)污染物多種暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序?yàn)锳s>Cd，其值分別為5.18×10-5和3.70×10-5。兒童致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)為8.88×10-5，其中手—口攝食是兒童致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑。

以上分析表明，對于成人和兒童而言，非致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)均小于1[13]，表明不存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)。兒童致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)高于成人致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)，但兩者均在美國國家環(huán)境保護(hù)局提供的可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)范圍1×10-6～1×10-4內(nèi)[14]，表明不存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié) 論

該污水處理廠壓濾污泥中Cd、Zn、As、Cu、Ni、Hg、Pb和Cr均能檢出，其中Zn含量最高，Hg含量最低。單因子指數(shù)排序?yàn)镃d>Zn>As>Cu>Ni>Hg>Pb>Cr。

成人重金屬暴露總量排序?yàn)槭帧跀z入量>皮膚接觸量>呼吸攝入量(汞蒸汽)，而兒童重金屬暴露總量排序?yàn)槭帧跀z入量>呼吸攝入量(汞蒸汽)>皮膚接觸量。手—口攝食途徑是成人和兒童主要暴露途徑。綜合三種暴露途徑，成人和兒童不同重金屬暴露總量排序均為Zn>Cu>Ni>Cr>Pb>As>Hg>Cd。兒童重金屬總攝入量大于成人。

對于成人和兒童而言，Cu的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均最高，非致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)分別為5.77×10-2和1.55×10-1，均不存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)。兒童致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)高于成人，但均在可接受的致癌風(fēng)險(xiǎn)范圍1×10-6～1×10-4之內(nèi)，不存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。