王兆凝， 楊 彧， 解 強(qiáng)

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 北京100083)

廢活性炭重金屬的污染特征與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王兆凝， 楊 彧， 解 強(qiáng)

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 北京100083)

為分析飲用水處理用廢活性炭制作土壤改良劑的可行性，采制深圳市某飲用水處理廠廢活性炭樣品，經(jīng)微波消解后利用ICP-MS法測(cè)定廢炭中Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni七種重金屬含量，采用單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)廢炭的重金屬污染水平，并運(yùn)用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)廢炭的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，廢活性炭中七種重金屬含量介于0.92～221.99 mg/kg之間，對(duì)研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有影響的重金屬元素主要是Cd、Cu和Ni。廢活性炭重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為2.34，屬于中度污染。其中Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)最高，達(dá)到3.07，屬于重度污染。Cu、Ni均可對(duì)土壤環(huán)境造成中等程度的重金屬累積。廢活性炭對(duì)土壤重金屬的綜合風(fēng)險(xiǎn)程度較低。該研究結(jié)果可以為廢炭無害化和資源化利用提供參考。

廢活性炭； 重金屬； 污染水平； 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

0 引 言

隨著飲用水水源水質(zhì)的普遍下降、飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的提高，飲用水深度處理工藝逐漸得到應(yīng)用，其中應(yīng)用最為廣泛的是臭氧-生物活性炭技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年約有10萬t煤基活性炭用于飲用水深度凈化處理[1]。與此同時(shí)，大量廢活性炭隨之產(chǎn)生，需要合理地處理、處置。廢炭多孔，吸附了有機(jī)質(zhì)和Ca、Mg等植物所需營養(yǎng)元素，因此，將廢活性炭作為貧瘠土壤的改良劑不失為一種有效的處置方法。我國張超等[2]將不同質(zhì)量比的廢棄煙氣脫硫活性炭加入土壤，驗(yàn)證了廢棄活性炭作為硫肥有一定的可實(shí)施性，是改善干旱、酸堿度失調(diào)和貧瘠土地的有效方法。

飲用水處理用廢活性炭作為土壤改良劑可產(chǎn)生一定的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，然而，廢炭中含有病原菌、有機(jī)污染物和重金屬等污染物質(zhì)，在改良土壤的同時(shí)可能會(huì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)造成危害，尤其是廢炭中的重金屬會(huì)釋放、進(jìn)入土壤，其中重金屬Cd、As、Pb和Hg 等會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體產(chǎn)生嚴(yán)重危害，造成生殖毒性、免疫毒性、神經(jīng)毒性和內(nèi)分泌干擾等[3]。因此，廢活性炭應(yīng)用于土壤改良的前期工作之一，是對(duì)廢炭中重金屬污染特征進(jìn)行研究，評(píng)價(jià)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)煤、活性炭等樣品中微量重金屬元素測(cè)定方法[4-5]的研究結(jié)果表明，樣品經(jīng)妥善消解預(yù)處理后，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)可以同時(shí)測(cè)定廢活性炭中多種元素。

筆者采制深圳市某飲用水處理廠的廢活性炭樣品，測(cè)定廢炭中Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni七種重金屬含量，并分析其污染等級(jí)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，旨在探討飲用水處理廠用廢活性炭制作土壤改良劑的可行性，為廢炭無害化和資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預(yù)處理

廢活性炭取自深圳市某飲用水處理廠炭砂濾池，選用活性炭系太西無煙煤基活性炭，其碘值、亞甲藍(lán)值分別為979 mg/g和166 mg/g。根據(jù)炭、砂密度不同，在自制的活性炭反沖膨脹率測(cè)定裝置上用上行水流將炭、砂分離。將分離得到的廢炭洗凈、烘干后采用四分法縮分，取30 g廢炭樣粉磨過60目篩(0.25 mm)得待測(cè)樣品1用于測(cè)定水浸pH值，研磨過200目篩(0.074 mm)得待測(cè)樣品2用于測(cè)定重金屬含量。將兩種廢炭分析樣分別裝入密封袋中備用。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 水浸pH值

稱取10 g(精確至0.01 g)0.25 mm廢炭樣品于50 mL高型燒杯中，加入煮沸過的蒸餾水25 mL(固液比為1∶2.5)，用攪拌器攪拌1 min，使樣品充分分散，放置30 min后，利用酸度計(jì)測(cè)定上部清液的pH值。

1.2.2 重金屬含量

GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中所要求控制的重金屬主要是Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni。

參照美國 EPA 的方法對(duì)廢活性炭樣品進(jìn)行消解[6]和儀器分析[7]。準(zhǔn)確稱取2份50 mg(精確至0.1 mg)0.074 mm廢炭分析樣分別置于微波消解儀(德國Berghof公司Speedwave-4型微波消解系統(tǒng))的消化罐中，各加入5 mL HNO3(優(yōu)級(jí)純，密度約為1.42 g/mL)、3 mL HF(優(yōu)級(jí)純，密度約為1.15 g/mL)，在220 ℃下消解90 min。消解完全后，將樣品轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯坩堝中，加入2 mL HClO4(優(yōu)級(jí)純，密度約為1.68 g/mL)，在電熱板(180 ℃)上加熱至白煙冒凈，取下冷卻后加入2 mL(體積比1∶4)HNO3溶液并移入50 mL容量瓶中，以去離子水定容，于4 ℃下保存待測(cè)。同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)用于質(zhì)量控制。

遵循響應(yīng)值高和穩(wěn)定性好的實(shí)驗(yàn)原則，對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(日本安捷倫科技公司7900型ICP-MS)的工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使儀器工作達(dá)到最佳狀態(tài)。利用ICP-MS測(cè)定廢炭分析樣中重金屬Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni的含量。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 重金屬污染評(píng)價(jià)

重金屬污染評(píng)價(jià)采用單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[8]進(jìn)行。

(1)單項(xiàng)污染指數(shù)法

單項(xiàng)污染指數(shù)法是根據(jù)樣品中各個(gè)重金屬含量與其相應(yīng)農(nóng)業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)的比值，確定樣品重金屬污染現(xiàn)狀[9]，計(jì)算式為

(1)

式中：Pi——樣品中重金屬元素i的單項(xiàng)污染指數(shù)；

Ci——樣品中重金屬元素i含量實(shí)測(cè)值，mg/kg；

Si——樣品中重金屬元素i評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/kg。

采用GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)可全面反映各重金屬元素對(duì)土壤的不同作用，同時(shí)突出高含量重金屬元素對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，因而可以對(duì)樣品重金屬綜合污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]，其計(jì)算式為

(2)

式中：P——內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；

Pimax——樣品所有單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值；

Piave——樣品所有單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。

依據(jù)單項(xiàng)指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法可將重金屬污染劃分為五個(gè)等級(jí)，具體指標(biāo)如表1所示[11]。

表1 重金屬污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

常用的重金屬污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要有地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[12]。

(1)地累積指數(shù)法

地積累指數(shù)法利用一種重金屬元素的總含量與其地球化學(xué)背景值的關(guān)系，定量研究重金屬元素的污染程度[13]。該法能夠直觀反映外源重金屬元素在沉積物中的富集程度，適用于評(píng)價(jià)單一元素的污染狀況，其計(jì)算式為

Igeo=log2[Cn/(k×Bn)] ，

(3)

式中：Bn——重金屬元素的地球化學(xué)背景值，mg/kg；

k——考慮到成巖作用可能引起背景值波動(dòng)而設(shè)定的常數(shù)，一般取值為1.5[14]。

地累積指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與污染程度的劃分見表2[12]。

(2)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是Hakanson于1980年提出的評(píng)價(jià)方法[15]，該方法將重金屬元素的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)及毒理學(xué)聯(lián)系在一起，較純粹采用重金屬元素污染程度更好地反映重金屬元素的潛在危害[16]，其計(jì)算式為

Ei=(Ti×Ci)/C0，

表2 地累積指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Table 2 Classification criteria of geoaccu- mulation index

等級(jí)劃分Igeo污染程度0≤0 清潔 1>0～1輕度累積 2>1～2偏中等累積3>2～3中等累積 4>3～4偏重累積 5>4～5重累積 6>5 嚴(yán)重累積

(4)

RI=ΣEi，

(5)

式中：Ei——樣品中重金屬元素i的潛在生態(tài)危害指數(shù)；

Ti——樣品中重金屬元素i的毒性響應(yīng)系數(shù)；

C0——樣品中重金屬元素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/kg；

RI——重金屬元素綜合污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

Cd、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni的毒性響應(yīng)系數(shù)(Ti)分別為30、10、5、5、2、1和5[17]。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的劃分見表3[15]。

表3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Table 3 Classification criteria of potential ecological risk index

等級(jí)劃分EiRI風(fēng)險(xiǎn)程度EiRI1<40<150低低240～<80150～<300中等中等380～<160300～<600較高較高4160～<320≥600高極高5≥320極高

(3)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值的選擇是計(jì)算重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵，不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值會(huì)造成結(jié)果差異。在地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)中，各國學(xué)者的選取標(biāo)準(zhǔn)差別較大，有以當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸禐樵u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，或以國家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值,而在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)中，又普遍以Hakanson提出的工業(yè)化前未受過污染的背景值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

為更確切地反映廢活性炭對(duì)研究區(qū)土壤的實(shí)際污染程度，文中將眾多的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值[15，18-19](表4)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2009年深圳市土壤較1990年普遍存在重金屬污染的情況，而目前深圳市土壤受污程度除Cd外，整體低于工業(yè)化前全球土壤最高背景值。文中選取2009年深圳市農(nóng)林土壤重金屬的平均值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值[18]，因文獻(xiàn)中缺乏As的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，用工業(yè)化前全球土壤最高背景值15 mg/kg替代[15]。

表4 重金屬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值

Table 4 Standard values for evaluation of heavy metal pollution

重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值/mg·kg-11990年深圳市土壤平均背景值 2009年深圳市農(nóng)林土壤平均值 工業(yè)化前全球土壤最高背景值 Cd0.0672.121As8.960—15Cu10.80021.6450Pb38.90060.6670Cr27.80058.4590Zn59.00078.54175Ni10.60015.72—

2 結(jié)果與討論

文中研究的廢活性炭中含有一定量的重金屬元素，其含量主要受飲用水來源、飲用水處理工藝及水平等影響，因此，在廢炭資源化前應(yīng)充分分析廢炭中重金屬的特性，避免其產(chǎn)生環(huán)境負(fù)效應(yīng)。

2.1 水浸pH值與重金屬含量

采用電位法測(cè)定廢活性炭的水浸pH值為7.37，呈現(xiàn)弱堿性。相關(guān)資料表明，活性炭豐富的孔隙結(jié)構(gòu)使其易吸潮，加之目前對(duì)活性炭pH值的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)存在多種版本，因此，新出廠的商品活性炭pH值一般在5～7之間[20]。文中研究的廢活性炭相較于商品活性炭呈現(xiàn)弱堿性，這可能因?yàn)閺U炭中吸附的堿金屬離子進(jìn)入水中，破壞水中原有的離子平衡，使其產(chǎn)生pH值上升的情況。

廢活性炭中七種重金屬含量介于0.92～221.99 mg/kg之間，平均值為59.91 mg/kg，含量由高到低依次為Cu、Ni、Zn、Cr、As、Pb、Cd。重金屬元素中含量最高的是Cu和Ni，分別為221.99和136.75 mg/kg，占七種重金屬總含量的85.5%；其次是Zn、Cr、As和Pb，分別為34.59、11.54、11.18和2.37 mg/kg；含量最低的是Cd，為0.92 mg/kg。

CJ/T 345—2010《生活飲用水凈水廠用煤質(zhì)活性炭》規(guī)定了飲用水深度處理中的煤質(zhì)顆?；钚蕴恐兄亟饘僭厝鏩n(<500 mg/kg)、As(<2 mg/kg)、Cr(<1 mg/kg)、Pb(<10 mg/kg)的最大含量。胡月等[4]利用ICP-AES法測(cè)得活性炭中As、Se、Sb 、Pb、Cr含量分別為7～9、1、1～3、4～7、7～8 mg/kg。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，文中研究廢活性炭的重金屬含量測(cè)定值與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T 345—2010)和文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)基本相符或略有累積。

2.2 重金屬污染評(píng)價(jià)

單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對(duì)廢炭中重金屬污染情況評(píng)價(jià)的結(jié)果如表5所示。根據(jù)廢活性炭的水浸pH值，評(píng)價(jià)采用GB 15618—1995的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(pH 6.5～7.5)進(jìn)行。依照GB 15618—1995標(biāo)準(zhǔn)，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護(hù)人體健康的土壤限制值設(shè)為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表5 重金屬污染評(píng)價(jià)指數(shù)

由表5可知，廢活性炭中的重金屬污染主要以Cd、Ni、Cu污染為主。其中，Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)值為3.07，指數(shù)值最高且其污染等級(jí)為5級(jí)，達(dá)到重度污染程度；Ni和Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)值分別為2.74和2.22，污染等級(jí)為4級(jí)，屬于中度污染程度；其余四種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)值均低于0.70，即污染等級(jí)為1級(jí)，屬于清潔程度，不會(huì)對(duì)土壤造成污染。在七種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算得出廢活性炭的重金屬綜合污染指數(shù)值為2.34，屬于中度污染程度。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的計(jì)算方法突出了極大值對(duì)污染的影響，作為單項(xiàng)污染指數(shù)最大值的Cd應(yīng)引起高度重視，盡管從含量上看Cd的值最小，但環(huán)境對(duì)Cd的濃度要求更為嚴(yán)格。與此同時(shí)，廢炭中重金屬Ni和Cu的污染等級(jí)也已達(dá)到中度污染程度，二者可能產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)同樣不可忽視。鑒于廢活性炭中的重金屬元素Cd、Ni、Cu含量均已高于國家二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，即已達(dá)到對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)的水平，在廢活性炭資源化利用的過程中應(yīng)尤為注意三種重金屬污染所帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

考慮到區(qū)域性差異，為確切反映廢活性炭施入土壤后的實(shí)際污染程度，文中采用地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，以深圳市農(nóng)林土壤重金屬的平均值為主、工業(yè)化前全球土壤最高背景值為輔作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算七種重金屬的地累積指數(shù)、單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

2.3.1 地累積指數(shù)法

重金屬地累積指數(shù)如表6所示。由表6可知，廢活性炭中Cd、As、Pb、Cr、Zn 五種重金屬元素均未對(duì)土壤環(huán)境形成污染，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為0級(jí)；余下兩種重金屬元素Cu、Ni均可對(duì)土壤環(huán)境造成中等程度的累積，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3級(jí)。其中，Cu的累積更為嚴(yán)重，地累積指數(shù)值為2.60；Ni的累積稍輕，地累積指數(shù)值為2.37。根據(jù)地積累指數(shù)評(píng)價(jià)，廢活性炭中各種重金屬對(duì)土壤污染程度由高到低依次為Cu、Ni、As、Zn、Cd、Cr、Pb。

表6 重金屬地累積指數(shù)

對(duì)比2009年深圳市農(nóng)林土壤重金屬的平均值發(fā)現(xiàn)，廢活性炭中重金屬元素Cu和Ni的含量遠(yuǎn)大于其平均背景值，且分別高出其最高背景值(67.79 mg/kg和49.89 mg/kg)[19]227.5%和174.1%。因此，在過去的20余年里，深圳農(nóng)林土壤均存在不同程度的重金屬累積，且廢活性炭中Cu和Ni的含量依舊偏高，施入土壤后，應(yīng)持續(xù)關(guān)注重金屬元素Cu和Ni的累積情況。

2.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)如表7所示。從單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(表7)來看，廢活性炭中除Cu、Ni的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等程度外，其余各重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為低程度，危害程度由高到低依次為Cu、Ni、Cd、As、Zn、Cr、Pb。其中，單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排在前兩位的重金屬元素是Cu和Ni，單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值分別為51.29和43.50，這與Cu和Ni在廢活性炭中含量高有關(guān)；其次是Cd和As，單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值分別為13.02和7.45，二者的環(huán)境要求都較為嚴(yán)格，即評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值低且毒性響應(yīng)系數(shù)大，均具有一定的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)小于1的重金屬元素是Cr、Zn和Pb，三者含量遠(yuǎn)低于各自的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值且毒性響應(yīng)系數(shù)小，幾乎不存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。廢活性炭中的重金屬綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為116.29，屬低程度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

表7 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

綜合上述分析可知，采用兩種不同的評(píng)價(jià)方法對(duì)廢活性炭進(jìn)行重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析時(shí)，廢活性炭中Cu、Ni均表現(xiàn)出中等程度的重金屬累積及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。采用地累積指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，Cd并未對(duì)土壤環(huán)境形成污染；而采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，Cd卻具有低程度的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。由此可見，當(dāng)廢炭施用量小時(shí)，Cd尚不會(huì)污染土壤進(jìn)而對(duì)人體造成健康危害，但考慮到Cd的毒性以及其在土壤中的累積性，多次施用廢炭會(huì)加劇土壤及農(nóng)作物中Cd的累積。因此，對(duì)研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有潛在影響的重金屬元素主要是Cu、Ni和Cd，須定期對(duì)施入過廢炭的土壤及其中生長的農(nóng)作物進(jìn)行重金屬污染防治。

3 結(jié) 論

(1)文中采集的飲用水處理用廢活性炭樣品整體呈弱堿性，有重金屬元素存在，含量介于0.92～221.99 mg/kg之間，由高到低依次為Cu、Ni、Zn、Cr、As、Pb、Cd。Cu和Ni含量最高，占七種重金屬元素總含量的85.5%。對(duì)比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T 345—2010)和文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，廢炭重金屬含量與其基本相符或略有累積。

(2)廢活性炭重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為2.34，屬于中度污染。Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)最高，達(dá)到3.07，屬于重度污染；Ni和Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)分別為2.74和2.22，屬于中度污染。廢活性炭中的重金屬元素Cd、Ni、Cu含量均已高于國家二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，在廢炭資源化利用的過程中應(yīng)尤為注意三種重金屬污染所帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

(3)采用地累積指數(shù)法進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，廢活性炭中Cu、Ni均可對(duì)土壤環(huán)境造成中等程度的重金屬累積，余下五種重金屬元素均未對(duì)土壤環(huán)境形成污染；采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，廢活性炭對(duì)土壤重金屬的綜合風(fēng)險(xiǎn)程度較低，僅Cu、Ni達(dá)到中等風(fēng)險(xiǎn)程度，其次Cd、As均具有一定的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，余下Cr、Zn、Pb三者幾乎不存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

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(編校 荀海鑫)

Pollution characteristics and ecological risk assessment of heavy metals in spent activated carbon

WangZhaoning,YangYu,XieQiang

(School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining &Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

This paper is concerned with the exploration of the feasibility of making soil conditioner from spent activated carbon. The exploration is done by sampling spent activated carbon from a drinking water treatment plant in Shenzhen; determining the contents of heavy metals, including Cd, As, Cu, Pb, Cr, Zn and Ni, in spent activated carbon by ICP-MS after microwave digestion pretreatment; and thereby identifying the pollution levels and asses the ecological risk of heavy metals in spent activated carbon using methods such as the pollution appraisal index, geo-accumulation index, and potential ecological risk index. The results indicate that spent activated carbon samples have seven heavy metals with the contents ranging from 0.92 to 221.99 mg/kg; the heavy metals found in waste activated carbon have the Nemero comprehensive pollution index of 2.34 and fall under the category of moderate contamination, with Cd having the highest single pollution index of 3.07, classified as a serious contamination; both Cu and Ni could contribute to heavy metal accumulation of a medium degree in soil environment while spent activated carbon has a low-level comprehensive risk of the heavy metals on soil environment; and Cd, Cu and Ni are the potential impact elements for the ecological environment in the study region. The study could provide a reference for the harmless and utilization of spent activated carbon.

spent activated carbon; heavy metals; pollution level; ecological risk

2017-05-09

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(2009KH10)

王兆凝(1992-)，女，遼寧省大連人，碩士，研究方向：活性炭制備與應(yīng)用，E-mail：wangzn_cumtb@126.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2017.05.024

X705; X820.4

2095-7262(2017)05-0569-06

A