基于海洋倾倒目的之污水污泥化学分析及生物毒性研究

发布时间：2018-03-06 11:51

本文选题：污水污泥　切入点：海洋倾倒　出处：《上海海洋大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：由于我国污水污泥产量大,污染物含量复杂,安全的污水污泥处理处置对保护生态环境以及降低人体健康风险具有重要意义。在众多污水污泥处理处置方式中,我国对污水污泥海洋倾倒的研究较少,缺乏理论与数据基础,但海洋倾倒会使污水污泥中复杂的污染物向海水迁移并对海洋中的生物产生毒性作用,进而对生态系统乃至人类健康产生危害。研究以上海地区7处污水污泥厂污水污泥(S1~S7)为对象,在污水污泥污染物总量和浸出污染物化学分析的基础上结合活体毒性测试工具和体外毒性测试工具综合评估污水污泥中的化学污染及毒性水平并判断海洋倾倒安全性。1,通过对污水污泥中污染物总量的化学分析并与现有标准和其他研究的结果对比表明(1)检出的重金属含量高于全国平均水平,根据我国农用标准,主要超标重金属为Cu,超标点位(S2,S5,S7)的超标量为1984~2395 mg/kg。(2)污水污泥中检出的多氯二苯并二VA英/呋喃(PCDD/Fs)总当量浓度为4.8~22 ng/kg,以低毒的高氯代PCDD/Fs为主(57%~87%),含量基本低于我国污泥农用标准(100 ng/kg)与底泥安全浓度(20 ng/kg)。(3)污水污泥中检出的多环芳烃(PAHs)总量为1.2~35mg/kg。除S7外,其他样点均符合污泥土地利用和括农用的PAHs及其单体排放标准。PAHs的质量分布以2-3环低环单体为主(41%~71%),且来源可能为低温源。(4)污水污泥中大部分点位的多氯联苯类(PCBs)低于检出限,有机氯农药(OCPs)单体中仅部分点位检出0.003~0.026 mg/kg的p,p-滴滴依,污染较轻。2,通过使用不同浸出方法对污水污泥浸出污染物的化学分析结果表明(1)较长浸出时间和具有盐度的海水浸出法对Cu,Zn,As的浸出量显著高于水平振荡法和TCLP法,较低p H的TCLP法对Hg的浸出量高于海水浸出法和水平振荡法。污水污泥中重金属的浸出量低于我国与欧盟关于危险废弃物的浸出标准限值。但如果考虑重金属在污水污泥中浸出的难易程度以及其对水生生物的毒性差异,重金属Cu和Zn的高浸出量需要得到重视。S2和S7浸出液中高含量的Cu(1468~1728mg/L和390-2338 mg/L)可能与上述样品在污水污泥中Cu的高污染负荷有关。(2)污水污泥中仅浸出四种低环PAHs(PHE,NAP,PYR和FLT),ΣPAHs为ND~1.9μg/L,浓度水平基本相当于长江口水体,PAHs相对重金属在水体中的释放风险较低。(3)污水污泥浸出污染物中的溶解性有机碳(DOC)含量(90~1570 mg/L)超过欧盟关于危险废弃物的浸出标准(100 mg/L),是污水污泥浸出液中的主要污染物。3,以食物链上不同营养级的海洋生物为对象针对污水污泥及其海水浸出液的毒性研究结果表明(1)当以分别以96 h死亡率,72 h生长抑制,15 min发光抑制作为毒性实验终点时,海水浸出液均可以对黑鲷、卤虫、发光细菌和微藻产生急性毒性作用,毒性作用强度与海水浸出液的体积百分比浓度呈现明显的剂量-反应关系,海水浸出液在低浓度时能够对发光细菌发光、藻类生长以及卤虫生长产生刺激作用。(2)毒性数据的非线性拟合结果表明,海水浸出液对发光细菌的半数有效剂量(EC50)为8.2%~30%;对海洋微藻的EC50为4.9%~57%之间,且绿藻对浸出液毒性的敏感程度低于两种硅藻;对黑鲷和卤虫的半数致死剂量(LD50)分别为27%~74%和0.2%~3.8%。在25%亚致死剂量下海水浸出液会对卤虫的生长产生抑制。(3)根据美国环保局废水的毒性分级标准,不同实验生物对污水污泥海水浸出液毒性的反应敏感程度为黑鲷(剧毒)发光细菌和微藻(中毒-高毒)卤虫(低毒-中毒)。实验生物对浸出液的敏感程度与物种类别和实验终点的选择有关。(4)毒性数据的主成分分析结果表明,S1和S3浸出液的生物毒性最高,浸出液的毒性随污水污泥来源污水处理厂的工业污水处理量增高而略微降低。(5)10 d的污水污泥固相生物毒性实验结束时,菲律宾蛤仔与青蛤在所有污水污泥样品中的平均死亡率分别为94%和49%;14 d生物积累实验结束时,青蛤对污水污泥中的重金属Cu,Cd,Pb,As均有生物积累作用,其中Cu的生物体残余量最高,接近海洋生物质量3类标准,计算获得的重金属的BCF值为Cu(135)As(58)Pb(7.6),青蛤对污水污泥中Cu的富集能力明显高于其他重金属。4,使用体外毒性效应测试工具对污水污泥有机提取液的毒性效应测试结果表明,污水污泥有机提取液可检出基线毒性、遗传毒性与芳香烃受体。毒性当量分别为133~3400 mg3,5-DCP/kg、ND~25 mg 4-NQO/kg和73~6838 ng TCDD/kg。污泥样品中的雌激素效应水平低于0.02 ng E2/kg。遗传毒性及基线毒性与已检测的有机污染物关系不显著。且大部分芳香烃受体来自于未知化学物质,而污水污泥中检出的化学物质的类二VA英效应主要由PAHs单体Bk F贡献。综上所述,至少有以下3点原因使上海地区污水污泥不适合海洋倾倒,1,由于污水污泥中包含的大量重金属Cu以及向浸出液转移的重金属Cu和DOC等,在倾倒过程中会带来污染物的释放风险,2,污水污泥较高的海洋生物毒性和污水污泥中重金属在底栖生物体内的生物积累可能会带来的生态和人体健康风险。3,污水污泥中检出一定当量的基线毒性、遗传毒性和芳香烃受体且其中大部分毒性效应来自于一些未知的化学物质,这些化学物质也属于潜在的环境污染物。
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【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;X171.5

【参考文献】