市政污泥挥发性有机物及浸出液毒性相关性分析

文章来源： 《工业水处理》2023年第7期

第一作者 ：范雪滢

通讯作者 ：曾国驱

污泥干化处理是污泥无害化处置的主要方式，但目前较少对污泥及其浸出液中挥发性有机物（VOCs）组分及生物毒性的研究。以污泥1、5、18、24、48 h浸出液为研究对象，采用发光细菌作为受试生物，以其抑制率表征污泥浸出液的急性毒性，评估污泥中挥发性有机物与毒性之间的相互关系。研究结果发现，在污泥中鉴定出19种VOCs成分，其中干污泥VOCs成分以酮类、含硫化合物、卤代烃和芳香烃为主，湿污泥以含硫化合物、含氮化合物和芳香烃为主。

浸出液中鉴定出31种VOCs成分，干污泥浸出液VOCs成分主要为酮类、醛类、醇类和含硫化合物，湿污泥浸出液VOCs成分主要为含硫化合物、卤代烃和酮类。干化后污泥总挥发性有机物含量（TVOC）降低，但浸出液中干污泥的TVOC较高。

干污泥浸出液中TVOC含量对发光细菌的EC50为51.31 μg/L，湿污泥为81.80 μg/L，毒性与TVOC含量显著正相关，其中干污泥中的醇类、含硫化合物、含氮化合物、酚类和烷烃成分，湿污泥中的含硫化合物和酮类的成分与发光细菌的抑制率显著正相关，说明干污泥浸出液毒性较强，且VOCs组分可能是毒性增大的主因之一，污泥VOCs成分的释放可能对环境存在风险，在污泥无害化处置时需考虑对VOCs组分的监控和处理。

目前对于市政污泥处置的监管，主要是限制污泥中重金属和有害微生物的含量与浸出液中部分VOCs含量，但缺少污泥及其浸出液中VOCs含量和毒性的综合性监控。

本研究结果表明污泥中VOCs与浸出液毒性存在相关性，可在此基础上进一步考察污泥中VOCs的流动方向，并加以管控，降低污染物对生态环境的毒性危害和健康风险。

随着城市的发展，市政污泥的产生量逐渐增加，污泥无害化处置问题亟需解决。目前主要采取对市政污泥进行干化处理后外运的方法，干化方法有蒸汽干燥、真空脱水干化和低温热干化法等。

污泥的干化过程会排放大量的挥发性有机物（VOCs），其主要成分为苯系物、有机硫化物、有机酸、酮类等。不同干化过程产生的VOCs成分不一，如污泥间接干化产生的VOCs类别主要为有机硫化物、苯系物和低分子有机酸，而直接干化产生的VOCs类别会有所增多，除了有机硫化物、苯系物和低分子有机酸外，还会产生胺类、烃类、酮类、醛类等物质。污泥中VOCs成分会受进水中VOCs成分的影响，且其也可能在污泥处置时在与外界水环境接触的过程种被传递到地下水或地表水中。

污水处理厂进水中VOCs主要类别为醇类、酮类、烷烃、卤代烃、芳香烃和烯烃，其中含氧有机化合物的含量最高。而石化废水中VOCs的成分更为复杂，主要包括烷烃、烯烃、芳香烃、醇类、酮类，且苯、甲苯等芳香烃的含量最高。同时，由于污泥干化过程伴有强烈的恶臭气味产生，因此目前对于污泥VOCs中恶臭挥发性有机物（MVOCs）的研究相对较多，而污泥在水环境中释放的VOCs研究较少。另外，在采用园林绿化、农用等非高温燃烧的污泥处置方式时，污泥与地下水或地表水长期接触过程中可能会有污染物的产生，对周边环境造成毒害影响。因此，有必要对污泥浸出液组分进行研究。

污泥浸出液中的VOCs组分可能会对微生物和生物产生毒性效应，应同时探究浸出液中VOCs的含量与毒性之间的相关性。污染物对环境的毒性常用发光细菌、斑马鱼、大型溞、赤子爱胜蚓等受试生物进行评估。发光细菌急性毒性评估方法由于其快速、便利性，广泛用于医药、水质分析的毒性研究。此外，由于微生物在污水处理过程中发挥较大作用，因此在评估污水污泥毒性时常采用发光细菌法，细菌的发光度随污染物的毒性增加而降低，从而用于表征污染物毒性的大小。

本研究通过分析干化前后污泥及其浸出液的VOCs组成，探究污泥在干化过程中VOCs的变化，评估可能造成环境污染的影响因子；同时通过污泥浸出液对发光细菌的抑制率表征其对环境可能造成的毒性效应，发现污泥浸出液中VOCs与发光细菌急性毒性的相关性，为污泥在园林绿化和农业利用安全性评估提供数据支撑。