【摘要】隨著(zhu)國家(jia)循環經濟、生(sheng)態文明腳步的加快，污泥(ni)(ni)土地利用被認為是最有希(xi)望突(tu)破的處置方向之一(yi)。目(mu)前我國的污泥(ni)(ni)處置從“提出技(ji)術路線、開發(fa)重大裝備、完(wan)善(shan)標(biao)準(zhun)規范、建設示范工程”發(fa)展目(mu)標(biao)逐步轉化為“全鏈條能力提升、建立產業化模式”的發(fa)展需求。

現階段厭氧消化、好(hao)氧堆(dui)肥是國內(nei)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)處理的重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)方式，土地利(li)用(yong)是主要(yao)(yao)處置(zhi)方向之一，而重(zhong)(zhong)金屬(shu)成為了(le)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)土地利(li)用(yong)安全(quan)處置(zhi)的主要(yao)(yao)“限制性”因(yin)素(su)。2009年(nian)住建部發布實施《城鎮污(wu)水處理廠污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)處置(zhi) 農(nong)用(yong)標(biao)準》（CJ/T309-2009），對(dui)8種重(zhong)(zhong)金屬(shu)提出了(le)限制要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，2018年(nian)國家市場監管總局基于(yu)以(yi)上(shang)標(biao)準修改發布了(le)《農(nong)用(yong)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)污(wu)染物控制標(biao)準》（GB4284-2018），同樣對(dui)8種重(zhong)(zhong)金屬(shu)提出了(le)限制要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，較CJ/T309-2009更加嚴(yan)格。現行指標(biao)限值(zhi)相對(dui)城市污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)性質(zhi)而言偏嚴(yan)格，管理部門對(dui)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)土地利(li)用(yong)“談泥(ni)(ni)(ni)(ni)色變”，導(dao)致土地利(li)用(yong)始終看不見“曙(shu)光”。

現行(xing)的(de)(de)土壤環(huan)境管理體系常用(yong)(yong)(yong)《土壤環(huan)境質量標(biao)準》和(he)(he)區(qu)域(yu)土壤環(huan)境背(bei)景值來(lai)快速(su)評判污泥(ni)土地利用(yong)(yong)(yong)對土壤的(de)(de)污染程度(du)，其主要方法(fa)包括單因素指(zhi)數(shu)(shu)法(fa)、內梅羅指(zhi)數(shu)(shu)法(fa)、地累(lei)積指(zhi)數(shu)(shu)法(fa)、潛(qian)在(zai)生(sheng)態危害指(zhi)數(shu)(shu)法(fa)等。對于上述評價(jia)模(mo)型，存在(zai)一(yi)定缺陷：①未充分(fen)考慮重(zhong)金屬各形態導致的(de)(de)生(sheng)物(wu)利用(yong)(yong)(yong)性差異(yi)帶來(lai)的(de)(de)風險(xian)；②未綜合考慮重(zhong)金屬之(zhi)間的(de)(de)生(sheng)物(wu)毒性差異(yi)和(he)(he)環(huan)境背(bei)景值。基于以上分(fen)析，本文建立基于重(zhong)金屬生(sheng)物(wu)可利用(yong)(yong)(yong)性和(he)(he)土地利用(yong)(yong)(yong)方式的(de)(de)土壤重(zhong)金屬層(ceng)次風險(xian)評價(jia)方法(fa)，評價(jia)剩余污泥(ni)處理效果和(he)(he)土地利用(yong)(yong)(yong)重(zhong)金屬風險(xian)，為污泥(ni)土地利用(yong)(yong)(yong)進一(yi)步發展提供參考。

污泥農用風險評價

環(huan)(huan)境(jing)風(feng)險評(ping)(ping)估得(de)到的(de)結(jie)果并非絕對，污(wu)(wu)(wu)(wu)泥農(nong)(nong)用的(de)環(huan)(huan)境(jing)風(feng)險同(tong)(tong)樣(yang)是(shi)相對的(de)。不同(tong)(tong)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥農(nong)(nong)用樣(yang)品以及相同(tong)(tong)樣(yang)品不同(tong)(tong)取(qu)樣(yang)時間的(de)變化(hua)均對環(huan)(huan)境(jing)風(feng)險存在(zai)不同(tong)(tong)的(de)影響，污(wu)(wu)(wu)(wu)泥農(nong)(nong)用風(feng)險評(ping)(ping)估是(shi)定性與定量指標相結(jie)合的(de)綜(zong)合體(ti)系(xi)。因此，針對污(wu)(wu)(wu)(wu)泥農(nong)(nong)用重金(jin)屬(shu)污(wu)(wu)(wu)(wu)染(ran)程(cheng)度的(de)“模糊”特性，本部分選用模糊綜(zong)合評(ping)(ping)價(jia)法對農(nong)(nong)用重金(jin)屬(shu)污(wu)(wu)(wu)(wu)染(ran)風(feng)險進行評(ping)(ping)價(jia)。本模糊評(ping)(ping)價(jia)方法分別通(tong)過(guo)建立重金(jin)屬(shu)評(ping)(ping)估對象，測定各重金(jin)屬(shu)元素不同(tong)(tong)提(ti)取(qu)態，對評(ping)(ping)估指標進行權重分析，利用地(di)累積指數評(ping)(ping)價(jia)模型計算(suan)不同(tong)(tong)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥樣(yang)品農(nong)(nong)用重金(jin)屬(shu)的(de)風(feng)險評(ping)(ping)估值。

地累積指數評價模型

地(di)(di)積(ji)累(lei)指數法是(shi)由(you)德國科學家Muller于1969年提出的(de)，運用地(di)(di)累(lei)積(ji)指數法一方面(mian)可以定性判定人為活動對(dui)(dui)土壤環境中(zhong)重金(jin)屬(shu)(shu)的(de)影(ying)響(xiang)，另一方面(mian)表達了(le)重金(jin)屬(shu)(shu)累(lei)積(ji)的(de)自然(ran)分布特(te)征。該方法不(bu)僅考慮了(le)自然(ran)成(cheng)巖作(zuo)用對(dui)(dui)背景值造成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)，而(er)且也(ye)考慮了(le)人為活動對(dui)(dui)重金(jin)屬(shu)(shu)造成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)。

式(shi)中Ci為(wei)污染物檢測(ce)實測(ce)值，mg/kg。Ci為(wei)重金屬元素i土(tu)地利用施用區(qu)域(yu)地球化學背(bei)(bei)景值，mg/kg。k是為(wei)了修(xiu)正造巖運動引起的背(bei)(bei)景波動而設定的系數(shu)。依據(ju)地累積指數(shu)可(ke)把(ba)土(tu)壤中重金屬污染程度分為(wei)7個等級。

由于重金屬的地球化(hua)學背景(jing)值選(xuan)擇差異會帶來一(yi)定的不確定性，將其表示為(wei)三角模糊數：

式中B2為背(bei)景(jing)值，B1和B3分別對應背(bei)景(jing)值賦(fu)予的(de)±10%的(de)變化幅度。選取上海(hai)市土壤環(huan)境背(bei)景(jing)值，先將(jiang)地球化學背(bei)景(jing)值進(jin)行三角模糊化：

重金屬自身的生物毒性權重系數

取(qu)Hakanson制定的(de)標準化(hua)重(zhong)(zhong)金(jin)屬毒(du)性(xing)系(xi)(xi)數為重(zhong)(zhong)金(jin)屬自(zi)身的(de)生(sheng)物毒(du)性(xing)權重(zhong)(zhong)系(xi)(xi)數（μi），μi是基于重(zhong)(zhong)金(jin)屬的(de)地球(qiu)化(hua)學(xue)豐(feng)度而制定，可以很好地表征不(bu)同重(zhong)(zhong)金(jin)屬的(de)生(sheng)物毒(du)性(xing)差異，并已(yi)廣泛用于實際污染危(wei)害評價中。分別(bie)定義各重(zhong)(zhong)金(jin)屬自(zi)身的(de)生(sheng)物毒(du)性(xing)權重(zhong)(zhong)系(xi)(xi)數為：μAs=10，μNi=μPb=μCu=5，μCr=2，μZn=1。利用毒(du)性(xing)權重(zhong)(zhong)系(xi)(xi)數建(jian)立(li)判斷矩陣(zhen)，通過算術平(ping)均(jun)值(zhi)計算權重(zhong)(zhong)，得：QAs=0.38，QNi=0.17，QPb=0.17，QCu=0.17，QCr=0.07，QZn=0.04。

重金屬不同化學形態的生物毒性權重系數

目(mu)前，經典的(de)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)形(xing)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)分(fen)(fen)(fen)析方法(fa)是(shi)(shi)Tessier等提出(chu)的(de)，按此方法(fa)可將(jiang)(jiang)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)分(fen)(fen)(fen)為五種化學(xue)賦存(cun)(cun)形(xing)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)：可交換(huan)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)、碳(tan)酸(suan)鹽(yan)結(jie)合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)、鐵-錳氧(yang)化物(wu)結(jie)合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)、有(you)(you)機(ji)(ji)絡合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)和(he)殘渣態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)。其(qi)中(zhong)(zhong)，可交換(huan)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)是(shi)(shi)指(zhi)被(bei)(bei)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)膠(jiao)體表面非專(zhuan)性(xing)吸(xi)(xi)附(fu)且(qie)可被(bei)(bei)中(zhong)(zhong)性(xing)鹽(yan)取(qu)代，易(yi)于(yu)遷移轉化，同時(shi)也(ye)是(shi)(shi)易(yi)于(yu)被(bei)(bei)植物(wu)根部(bu)“攝入”的(de)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)部(bu)分(fen)(fen)(fen)；碳(tan)酸(suan)鹽(yan)結(jie)合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)指(zhi)以沉淀的(de)形(xing)式存(cun)(cun)在于(yu)碳(tan)酸(suan)鹽(yan)中(zhong)(zhong)的(de)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)部(bu)分(fen)(fen)(fen)，并(bing)且(qie)pH對(dui)此形(xing)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)穩定性(xing)有(you)(you)關鍵影響，在酸(suan)性(xing)條件下易(yi)于(yu)釋(shi)放(fang)；鐵錳氧(yang)化結(jie)合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)是(shi)(shi)指(zhi)吸(xi)(xi)附(fu)于(yu)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)中(zhong)(zhong)氧(yang)化鐵錳或(huo)黏(nian)粒礦物(wu)的(de)專(zhuan)性(xing)交換(huan)位(wei)置的(de)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)部(bu)分(fen)(fen)(fen)，其(qi)不能(neng)被(bei)(bei)中(zhong)(zhong)性(xing)鹽(yan)溶液(ye)所交換(huan)，只(zhi)能(neng)被(bei)(bei)親和(he)力相似或(huo)更強的(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)離子置換(huan)，當氧(yang)化還原電位(wei)降(jiang)低時(shi)容易(yi)釋(shi)放(fang)出(chu)來；有(you)(you)機(ji)(ji)絡合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)是(shi)(shi)指(zhi)通過化學(xue)鍵形(xing)式被(bei)(bei)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)有(you)(you)機(ji)(ji)質專(zhuan)性(xing)吸(xi)(xi)附(fu)的(de)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)部(bu)分(fen)(fen)(fen)，在有(you)(you)機(ji)(ji)質分(fen)(fen)(fen)解時(shi)會(hui)釋(shi)放(fang)；殘渣態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)是(shi)(shi)結(jie)合(he)(he)(he)在土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)硅鋁(lv)酸(suan)鹽(yan)礦物(wu)晶格中(zhong)(zhong)的(de)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)部(bu)分(fen)(fen)(fen)，其(qi)在一般(ban)情況下很難釋(shi)放(fang)且(qie)也(ye)難以被(bei)(bei)植物(wu)吸(xi)(xi)收。綜上，重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)各形(xing)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)中(zhong)(zhong)可交換(huan)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)生(sheng)物(wu)毒活性(xing)風(feng)險性(xing)最大，其(qi)它依次為碳(tan)酸(suan)鹽(yan)結(jie)合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)＞鐵-錳氧(yang)化物(wu)結(jie)合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)＞有(you)(you)機(ji)(ji)絡合(he)(he)(he)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)＞殘渣態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)，結(jie)合(he)(he)(he)專(zhuan)家咨詢法(fa)將(jiang)(jiang)重(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)5種不同形(xing)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)潛(qian)在生(sheng)物(wu)毒活性(xing)分(fen)(fen)(fen)別以5個級別的(de)生(sheng)物(wu)毒活性(xing)權(quan)重(zhong)系(xi)數（Qk）對(dui)應(ying)表示，并(bing)將(jiang)(jiang)其(qi)三角模糊化為：

基于生物毒性雙權重的模糊評價模型評估

 根據(ju)地累積指(zhi)數法，可得到基于(yu)隨機(ji)模糊的(de)土壤重金屬污(wu)染(ran)評價方法：

式中，Ω是(shi)(shi)重(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)i的(de)生(sheng)物毒(du)性(xing)(xing)雙(shuang)權(quan)重(zhong)模糊值(zhi)；Qik是(shi)(shi)重(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)i的(de)k形(xing)態(tai)的(de)生(sheng)物毒(du)活性(xing)(xing)權(quan)重(zhong)系數；Wik是(shi)(shi)重(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)i中k形(xing)態(tai)的(de)含量(liang)對總(zong)含量(liang)百(bai)分(fen)貢獻率；μi是(shi)(shi)土(tu)壤中重(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)i自身的(de)生(sheng)物毒(du)性(xing)(xing)權(quan)重(zhong)系數；Iim是(shi)(shi)重(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)i的(de)隨(sui)機模糊污染評價m次(ci)模擬得到(dao)的(de)數據集；Ci是(shi)(shi)重(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)i的(de)實測(ce)含量(liang)值(zhi)，mg/kg。

堆肥數據實例計算

① 某膜覆蓋好氧堆肥5次(ci)取樣(yang)重金屬形(xing)態分析(xi)結果：

② 將上述數據帶入公式(shi)（3）和（4）計算評價(jia)模(mo)糊(hu)值，結(jie)果見(jian)下表(biao)：

③ 利(li)用層次(ci)分析法及計算(suan)(suan)得到的(de)各重金屬權重，計算(suan)(suan)樣品的(de)土地利(li)用風(feng)險值(zhi)：

樣品1=（1.67，2.13，2.41）；樣品2=（1.12，1.64，1.95）；

樣(yang)品(pin)(pin)3=（1.54，2.02，2.30）；樣(yang)品(pin)(pin)4=（1.65，2.16，2.46）；

樣(yang)品(pin)5=（1.43，1.94，2.24）。

以樣(yang)品(pin)1為(wei)例，樣(yang)品(pin)44.6%的可能性屬(shu)于輕度(du)(du)污染(ran)，65.4%的可能性屬(shu)于中度(du)(du)污染(ran)。

通過以(yi)(yi)上模型的建(jian)立，可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)充分(fen)考慮污(wu)(wu)泥的不同價態(tai)生物(wu)(wu)毒性(xing)的差異，利(li)(li)用總量、形(xing)態(tai)和土壤(rang)背景(jing)值的相(xiang)互關系，在(zai)三角模糊評(ping)價和地(di)累積指數(shu)(shu)評(ping)價的基礎上，避免了(le)低(di)(di)估(gu)(gu)有些濃度低(di)(di)但主(zhu)要以(yi)(yi)高(gao)生物(wu)(wu)可(ke)(ke)(ke)利(li)(li)用性(xing)形(xing)態(tai)存在(zai)的重金屬(shu)污(wu)(wu)染作用或(huo)者高(gao)估(gu)(gu)那(nei)些濃度高(gao)但主(zhu)要以(yi)(yi)低(di)(di)生物(wu)(wu)可(ke)(ke)(ke)利(li)(li)用性(xing)形(xing)態(tai)存在(zai)的重金屬(shu)污(wu)(wu)染作用，為污(wu)(wu)泥農用提供了(le)數(shu)(shu)字化的評(ping)價方式。

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