啤酒污泥中重金属污染状况调查与评价

啤酒废弃物堆肥技术资料

酿酒科技２００７年第１１期（总第１６１期） ＬＩＱＵＯＲ－ＭＡＫＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００７Ｎｏ．１１（Ｔｏｌ．１６１）

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啤酒污泥中重金属污染状况调查与评价

徐胜祥１，徐运清１，王

（１．孝感学院生命科学技术学院，湖北

摘

要：

孝感

丹１，戟卫民２

孝感

４３２０００；２．湖北金龙泉啤酒（孝感）有限公司，湖北４３２０００）

重金属超标是限制大量啤酒污泥进行农业利用的主要因素。对湖北金龙泉啤酒（孝感）

有限公司废水处理站产生的污泥中的重金属含量进行了分析和测定，并对其污染运用单项污染指数和综合污染指数进行了环境质量评价。结果表明，污泥中重金属污染主要为镉、汞和铜３种元素，污染等级为重污染；其综合污染指数为７．２９，达重污染等级。关键词：

啤酒；

啤酒污泥；

重金属；

污染指数；

评价

文章编号：１００１－９２８６（２００７）１１－０１３３－０３

中图分类号：ＴＳ２６２．５；Ｘ７９７

文献标识码：Ｂ

ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎＢｅｅｒＳｌｕｄｇｅ

ＸＵＳｈｅｎｇ－ｘｉａｎｇ１，ＸＵＹｕｎ－ｑｉｎｇ１，ＷＡＮＧＤａｎ１ａｎｄＪＩＷｅｉ－ｍｉｎ２

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＸｉａｏｇａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｏｇａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３２０００；２．ＨｕｂｅｉＫｉｎｇＬｏｎｇｑｕａｎ

ＢｅｅｒＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｘｉａｏｇａｎ，Ｈｕｂｅｉ４３２０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｎｅｘｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｓｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｕｓｅｏｆｂｅｅｒｓｌｕｄｇｅ．Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔ

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改革开放以来，我国的啤酒工业得到了飞速发展，年产量持续大幅攀升，至２００６年我国啤酒产量实现

因此，调查啤酒污泥中的重金属含量及污染特征并进行环境质量评价，确定其污染水平，对污泥的安全处置及土地利用过程中的生态环境保护具有十分重要的意义。本文就湖北金龙泉啤酒（孝感）有限公司废水处理站产生的污泥中的重金属污染状况进行了调查研究，并作了初步评价，旨在为预测和防治污泥重金属污染提供理论依据。

３５１５．１５万ｋＬ（国家统计局数据），产销量已经连续５年

位居世界第一。随着国家对环保的不断重视及

ＩＳＯ１４０００标准的陆续实施，工厂的环境保护意识在不

断增强，很多啤酒企业都增设了污水处理系统，其中很大一部分为活性污泥法，由此产生了大量的剩余污泥，从而造成二次污染。据估计，全国啤酒行业的污泥产量在３０万ｔ以上，这些污泥与工业和生活污泥相比，含有更多的有机质和氮、磷、钙、镁等营养元素［１］。大量啤酒污泥如果得不到有效的处理处置，将会对环境和生态构成严重威胁。在啤酒污泥的各种处置方式中，土地利用已逐渐成为一种世界趋势，但污泥的农用也会带来一些重金属污染问题。由于重金属具有难迁移、易富集、危害大等特点，可能因农用而导致农田耕作层污染，并通过食物链对人体产生危害，因而污泥农用及其对环境影响等研究受到了广泛关注［２］。

收稿日期：２００７－０８－１７

１１．１

材料与方法供试材料

湖北金龙泉啤酒（孝感）有限公司，年产１０万ｔ啤

酒，生产过程中产生约８ｔ废水／ｔ啤酒，自２００４年１１月份开始采用４２００ｍ３／ｄ处理能力的ＣＡＳＳ工艺系统对啤酒废水进行治理。本实验所用污泥就取自其废水处理站运行的ＣＡＳＳ工艺系统产生出的活性污泥（２００７年５月）。

１．２样品采集与处理

根据污水处理站的面积大小和运行能力，采用非均

作者简介：徐胜祥（１９７９－），男，湖北武汉人，硕士学历，讲师，主要从事环境监测和环境信息工程等领域的研究，Ｅｍａｉｌ：ｓｈｅｎｇｘｉａｎｇｘｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。

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酿酒科技２００７年第１１期（总第１６１期） ＬＩＱＵＯＲ－ＭＡＫＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００７Ｎｏ．１１（Ｔｏｌ．１６１）

匀性布点方法，分别在其ＣＡＳＳ处理池Ⅰ、ＣＡＳＳ处理池污泥浓缩池及外排污泥堆４个地点各设置５个采样Ⅱ、

点，共２０个采样点。每个样品从２ｍ×２ｍ正方形４个顶点和中心共５处用塑料铲各采集１ｋｇ污泥土，均匀混合后，用四分法选取１ｋｇ作为该点样品，然后装入塑料袋，贴上标签。将采集的污泥样品，摊晾于室内木板上风干，弃去杂物用木棒碾碎后过６０目尼龙网筛，装入棕色广口瓶中，贴上标签后备用。

１．４数据处理

根据实验测得数据，利用Ｅｘｃｅｌ２００３进行数据整

理；利用ＳＰＳＳ１０软件进行数理统计分析。

２２．１

监测结果及评价污泥中重金属含量分析

对研究点２０个污泥样品重金属汞、镉、铬、铜、锌和

铅进行了测定，并进行了统计分析，

结果见表１。

１．３实验方法

１．３．１分析方法

选择ｐＨ及Ｈｇ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ和Ｐｂ６种重金属作

为监测项目，各监测项目的测定方法均采用国标法，测试样品包括３个平行样，１个空白样。其中ｐＨ值在采用现场使用玻璃电极法测定；Ｈｇ使用冷原子吸收分光光度法测定；污泥Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ和Ｐｂ５种重金属全量的测定采用ＨＮＯ３－ＨＦ－ＨＣｌＯ３混合酸在聚四氟乙烯坩锅中消解，ＴＡＳ－９８６火焰原子吸收分光光度计测定，Ｚｅｅｍａｎ效应校正背景吸收，分析过程采用了分析质量控制［３］。

由表１可以看出，啤酒污泥的重金属含量因取样点的不同而有较大的变化，主要是因为ＣＡＳＳ处理池Ⅰ和

ＣＡＳＳ处理池Ⅱ为并联处理池，其重金属含量较低且变

化不大；污泥浓缩池中重金属含量较高；而外排污泥堆作为污泥排放的最终场所，长期露天堆积，其重金属含量最高。因此，整个处理站的啤酒污泥中重金属含量变幅较宽，变异系数较大。

许多研究结果证明，污泥施用增加了土壤和作物中的重金属含量，而且与污泥施用量成一定的线性关系。许多国家都对农业可利用污泥的重金属含量做了明确规定，关注的重点主要放在汞、镉、铅、砷、铜、锌等一些对环境、生物和人类健康有严重危害的元素方面。啤酒污泥中６种重金属的平均含量及各国污泥农用标准见表２［７～９］。

从表２可看出，与我国农用污泥的重金属标准比较来看，汞、镉、铬、铜、锌和铅６种重金属的平均含量都远（ＧＢ４２８４－远低于我国《农用污泥中污染物控制标准》

１．３．２污染评价方法及标准

评价方法采用目前国内普遍使用的单项污染指数

法和综合污染指数法进行评价［４～５］。单项污染指数的计算公式为Ｐｉ＝Ｃｉ∕Ｓｉ，式中：Ｐｉ为污泥中重金属元素ｉ的污染指数；Ｃｉ为污泥中重金属元素ｉ的监测值；Ｓｉ为污泥中重金属元素ｉ的标准值。综合污染指数，采用内梅罗

（Ｎｅｍｅｒｏｗ）污染指数，其计算公式为：Ｐ＝［（Ｐ２ａｖｅ＋Ｐ２ｍａｘ）∕２］１／２，式中：Ｐ为综合污染指数；Ｐａｖｅ为污泥中重金属各单项污染指数（Ｐｉ）的平均值；Ｐｍａｘ为污泥中重金属各单项污染指数（Ｐｉ）的最大值。

考虑到啤酒污泥的资源化，欲使其中的可腐有机物作为肥料施于农田土壤中，因此应评价啤酒污泥中重金属含量水平能否对农田土壤产生影响。因此，本文选取国家标准《土壤环境质量标准（ＧＢ１５６１８－１９９５）》中土壤环境分类的第二类所对应的土壤环境质量二级标准作为评价标准［６］。按元素污染指数的大小划分污染等级，作为污泥污染评价的客观依据，即可按各单因子污染物的分指数Ｐｉ的大小顺序排列，区分各污染物的影响和污染程度。参照土壤污染分级标准，污泥的分级标准具体为：单项污染指数≤１．０表示未被污染，单项污染指数＞１．０为污染，且值越大污染越严重；综合污染指数≤０．７为安全，０．７＜综合污染指数≤１．０为警戒级，１．０＜综合污染指数≤２．０为轻污染，２．０＜综合污染指数≤３．０为中污染，综合污染指数＞３．０为重污染。

８４）中对污泥农用时酸性土壤重金属的最高容许限值，

说明该污泥中各重金属含量均符合国家的农用污泥标

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准，这就大大降低了该污泥直接施用或制成商品有机肥后施用的风险。再从各国农用污泥标准看，我国农用污泥标准重金属较其他国家严格，且划分的标准更细，考虑到了土壤酸碱性对重金属有效性的影响。

迄今为止，制定非农用地污泥标准的国家很少，我国亦尚未制定非农用地污泥标准。若城市绿地施用啤酒污泥时参考美国非农用地污泥标准，则样品污泥中重金属元素的含量显著低于该标准相应指标值。因此可以认为，啤酒污泥用于城市绿地，其重金属元素的含量相对来说是安全的。因此，为了防止重金属的污染，在将污泥作为肥料施用时，应该作一些具体的规定。如规定土壤的ｐＨ值，规定污泥中的重金属允许含量及每年施肥次数。这样在一定程度上可以减少重金属的污染。

３中通过内梅罗污染指数法计算可知，６种重金属的综

合污染指数为７．２９，达到重污染水平；结果还显示啤酒

污泥污染是由镉等３种以上重金属元素的复合型污染。由此可见，啤酒污泥、废水等复合型重金属污染源的控制已十分必要。

３结论

从以上分析结果可以看出，虽然啤酒污泥中的重金

属含量均在国家有关控制标准以内，表明污泥作农肥施用，安全系数较大。但从其污染指数看，镉、汞和铜３种元素属于重污染，是啤酒污泥中的主要污染元素，应该加以密切注意。因此，要实现啤酒污泥安全有效的利用，需要在施用于土壤前去除污泥中重金属或降低其含量，如进行堆肥化处理，不仅能改变重金属的形态，降低重金属的生物有效性，而且还能杀死污泥中其他的致病菌、虫卵等有害物质。对于其他的环境问题，建议在严格控制施用量的同时优先考虑施用于园林绿地、高速公路绿化带等与食物链不直接相连的地方。

但是，到目前为止，啤酒污泥中重金属的形态、农业利用后重金属对作物的生物有效性及其在土壤中的富集情况等科学问题均需要开展更加系统、深入的田间试验研究，同时进行生态风险评价。参考文献：

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２．２污染评价

为了深入了解污泥重金属污染状况，需要判定重金

属元素的污染指数。根据单项污染指数评价结果可以确定主要的污染重金属元素，样品单因子污染指数及综合污染指数见表３。

从表３可知，以国家土壤环境质量二级标准为评价标准，镉、汞和铜３种重金属的单项污染指数都大于１，污染等级为重污染；从污染指数来看，镉＞汞＞铜，其指数分别为９．８７、而铬、锌和铅３种重金属的３．９０和２．５５。污染指数均小于１，处于未污染等级，其中铅的单因子污染指数最低，只有０．０７。上述可以说明啤酒污泥中主要污染元素是镉、汞和铜，严重超过国家的二级标准。

单项污染指数只能反映污泥中某一重金属元素的污染状况，而污泥是一个十分复杂的体系，只有通过综合污染指数才能较具体地评判和表明其重金属的污染情况，突出高浓度重金属元素对环境质量的影响。从表

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