CN112526109A - 污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法 - Google Patents

污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法 Download PDF

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Abstract

一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，包括：对污泥进行危险废物鉴别，若污泥为非危险废物的情况下，则对污泥进行污染物检测和病原体检测；确定污泥在土壤资源化利用中的目标土地利用类型以及所述土地利用类型下的目标敏感用地类型；分析污泥在不同暴露途径下的污染物和病原体，计算单一暴露途径下污染物的暴露量和病原体的暴露量；对污泥在不同暴露途径下的污染物分别进行健康效应分析，确定单一暴露途径下的污染物参数；计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商；计算所述污染物的场地污泥风险控制值；计算病原体场地污泥风险控制值。本发明为污泥的土壤资源化利用提供了一致性的参考。

Description

污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法
技术领域
本发明涉及污泥检测领域，特别涉及一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法。
背景技术
随着居民生活水平的提高和工业生产的发展，污泥的生成总量和其组成的复杂性日益增加，与此同时，污泥的资源化利用与其环境健康风险之间的矛盾越来越引起人们的关注。目前的GB18918《城镇污水处理厂污染物排放标准》和GB/T23484《城镇污水处理厂污泥处置 分类》对污泥中污染物的控制标准已不能完全满足我国污泥处理及污染防治的需求。为推动污泥处理技术研发和推广应用，促进工程建设和运行管理，避免二次污染，保护和改善生态环境，促进节能减排和污泥资源化利用，我国在2009年制定了《城镇污水处理厂污泥处置及污染防治技术政策（试行）》，在污泥处置及相关技术上给出总体的政策指导。污泥的资源化利用方式多种多样，除了作为土壤而资源化，还可用于混合燃烧、制砖以及水泥工业等，但是，为应对污泥产生规模和处理需求的日益增长，污泥的土壤资源化利用将成为污泥处置的必需方式，并且这种趋势将不断增强。在实践中，污泥能否进行资源化利用以及具体施行何种资源化方式取决于污泥污染物的种类、含量以及对应的环境健康风险。然而，目前直接针对污泥资源化利用的一致性的风险评估方法依旧缺乏。
污泥污染物主要由重金属、有机农药和其他有机污染物等构成，在新的环境污染形势下，病原体（致病菌、病毒和寄生虫等）对公众健康的影响日益突出，其构成的环境健康风险引发关注，然而，系统性的病原体检测及其风险评估在污泥污染物控制中急需补充和完善。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，包括：对污泥进行危险废物鉴别，若污泥为非危险废物的情况下，则对污泥进行污染物检测和病原体检测；利用所述污染物检测的结果，确定污泥在土壤资源化利用中的目标土地利用类型以及所述土地利用类型下的目标敏感用地类型；针对所述目标土地利用类型以及所述目标敏感用地类型，分析污泥在不同暴露途径下的污染物和病原体，计算单一暴露途径下污染物的暴露量和病原体的暴露量；针对所述目标土地利用类型，利用所述污染物检测的结果，对污泥在不同暴露途径下的污染物分别进行健康效应分析，确定单一暴露途径下的污染物参数；
利用所述单一暴露途径下的污染物参数和所述污染物的暴露量计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商；在基于所述总致癌风险和总危害商确定污染物风险不满足污染物风险标准的情况下，计算所述污染物的场地污泥风险控制值；将已知致病所需病原体数量标准和所述病原体的暴露量进行比较，在根据比较结果确定所述病原体风险不满足病原体风险标准的情况下，计算病原体场地污泥风险控制值。
从上述技术方案可以看出，本发明的一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法具有以下有益效果或其中一部分：
本发明的一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，基于污泥中污染物和病原体的组成确定污泥的处置去向，并评价对应该处置去向的环境健康风险，且给出所存在的环境健康风险的管制值，为污泥的土壤资源化利用提供了一致性的参考，有助于促进相关行业污水处理厂的建设和管理，完善对污泥的处置控制和资源化利用，同时保障公众健康，维护生态安全。
附图说明
图1是污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法的流程图。
具体实施方式
在实现本发明的过程中发现，在污泥土壤化资源利用中，污泥中的重金属、有机农药和病原体（致病菌、病毒和寄生虫等）均会对公众健康造成影响，因此，需将重金属、有机农药和病原体的检测均纳入到污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法中。而我国于2018年颁布的土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》和《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》，为污泥土壤化资源利用中污染物和病原体的风险评价和管控提供了重要方向和政策前景。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
根据本发明的实施例，提供了一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，如图1所示，包括：
步骤A：对污泥进行危险废物鉴别，若污泥为非危险废物的情况下，则对污泥进行污染物检测和病原体检测。
在本步骤中，危险废物鉴别的污泥为经脱水后的污泥，该污泥可以是城镇污水处理厂或者有水预处理需求的其他行业产生的污泥、各种水洗沉淀底泥或者疏浚、填海造陆底泥。城镇污水处理厂和有污水预处理需求的行业所产生的污泥脱水后的含水率以及稳定化过程应达到GB18918《城镇污水处理厂污染物排放标准》的要求。
由于污泥脱水过程中存在废水非原位排放的情形，因此在本步骤的危险废物鉴别之前，还可以包括：对废水污染物的风险管控。具体而言，城镇污水处理厂污泥脱水过程中废水污染物的风险管控标准执行GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》相关要求，其他行业废水污染物的风险管控标准执行GB8978-1996《污水综合排放标准》相关要求。
根据本发明的实施例，该危险废物鉴别包括毒性物质鉴别和浸出毒性鉴别。污泥的检测执行GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》和GB5085.6-2007《危险废物鉴别标准 毒性物质含量鉴别》相关要求，其中浸出毒性鉴别的样品前处理方法执行HJ/T299-2007《固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》，分别以污泥初始液相、剩余滤渣和模拟酸雨洗脱部分为检测对象进行浸出毒性鉴别。
根据本发明的实施例，在污泥作为不可直接资源化利用的危险废物的鉴别中，鉴别程序是执行GB5085.7-2019《危险废物鉴别标准 通则》中相关规定。所述风险检测方法还包括：若污泥为危险废物的情况下，则结束对污泥的风险检测。在污泥为危险废物时不可直接进行资源化，规避不必要的环境风险。
根据本发明的实施例，污染物检测包括：金属元素及有机污染物非靶标筛查、金属元素靶标检测和有机污染物靶标检测，以获得金属元素和有机污染物的种类和浓度。污泥作为非危险废物时，基于污泥中污染物的复杂性，可依据参考文献Xiang-Zhou Meng etal., Organic contaminants in Chinese sewage sludge: A meta-analysis of theliterature of the past 30 years, Environmental Science & Technology, Volume50, 2016, 5454-5466，对污泥样品进行金属、有机污染物非靶标筛查，可以提高本方法对不同区域、不同来源的污泥的适用性。例如，现有相关检测标准中的金属、有机污染物检测项目是固定的，而在实际中，某些污泥中存在超出已有检测项目范围的高原子序数的金属元素，同时，环境中新型有机污染物增加的趋势明显，这种环境污染现状本身即对金属、有机污染物非靶标筛查提出必要的需求。
根据本发明的实施例，所述病原体检测利用宏基因组测序的手段，得到病原体种类和病原体浓度。病原体（病毒、致病菌和寄生虫等）对公众健康的风险日益引发关注。污泥的土壤资源化加剧了人体暴露于潜在病原体的风险，本发明将病原体列为污泥中污染物检测项目，存在现实的必要性。病原体检测方法主要包括：首先将污泥分散在水中，污泥中的病原体也会进入到水中，再利用宏基因组测序的方法，得到病原体的种类、浓度和已知范围内的多种病原体信息。其中，宏基因组测序方法可参考文献Adriana González-Fernándezet al., Relationships among microbial indicators of fecal pollution,microbial source tracking markers, and pathogens in Costa Rican coastalwaters, Water Research, Volume 188, 2021, 116507的记载。
步骤B：利用所述污染物检测的结果，确定污泥在土壤资源化利用中的目标土地利用类型以及所述土地利用类型下的目标敏感用地类型。
根据本发明的实施例，污泥在土壤资源化利用中的目标土地利用类型包括建设用地和农用地，但并不以此为限，该目标土地利用类型下的目标敏感用地类型包括敏感用地和非敏感用地。污泥作为可直接资源化利用的建设用地土壤的鉴别，执行GB36600-2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》相关要求，但并不以此为限。对于有人群生活工作的建设用地，属于敏感用地，对于无人群工作的建设用地，属于非敏感用地。若污染物检测结果是在建设用地下敏感用地的管控值内，则表示污泥可以在该敏感用地下进行土壤化资源利用，否则不可在该敏感用地下进行土壤化资源利用。
同样地，污泥作为可直接资源化利用的农用地土壤的鉴别，借鉴与整合已废止的GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》和GB4284-84《农用污泥中污染物控制标准》中污染物的风险控制项目及管控标准，同时执行GB15618-2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》相关要求，但并不以此为限。对于对应农业人群的农用地，属于敏感用地，对于不对应农业人群及非农人群的农用地，属于非敏感用地。若污染物检测结果是农用地的非敏感用地的管控值内，则表示污泥可以在该非敏感用地下进行土壤化资源利用，否则不可在该非敏感用地下进行土壤化资源利用。
若污泥不属于危险废物且不可用作建设用地或农用地土壤，则按其他方式处置（如制砖、水泥），处置分类和有关泥质标准执行GB/T23484-2009《城镇污水处理厂污泥处置分类》。
步骤C：针对所述目标土地利用类型以及所述目标敏感用地类型，分析污泥在不同暴露途径下的污染物和病原体，计算单一暴露途径下污染物的暴露量和病原体的暴露量。
污染物的暴露量和病原体的暴露量是为了计算污染物和病原体所带来的环境健康风险。本发明确定了计算污泥在土壤资源化利用中污染物暴露量的条件：（1）污泥作为可直接资源化利用的建设用地土壤时，依据建设用地分类，将第一类用地作为敏感用地计算暴露量，第二类用地作为非敏感用地计算暴露量。（2）污泥作为可直接资源化利用的农用地土壤时，其对应的农业人口以敏感用地计算暴露量，其不对应的农业人口与非农人口以非敏感用地计算暴露量。
根据本发明的实施例，暴露途径包括但不限于经口摄入污泥途径、皮肤接触污泥途径、吸入污泥颗粒物途径、吸入室外空气中来自表层污泥的气态污染物途径、吸入室外空气中来自下层污泥的气态污染物途径、吸入室内空气中来自下层污泥的气态污染物途径。具体在分析污泥不同暴露途径下的病原体时，还可以依据病原体种类来确定其暴露途径，举例而言，若某病毒仅能通过皮肤接触污泥途径和经口摄入污泥途径暴露并造成健康风险，则可仅计算这两种暴露途径下的病原体的暴露量。
根据本发明的实施例，该单一暴露途径下污染物的暴露量和病原体的暴露量的计算方法包括子步骤C1~子步骤C3：
在子步骤C1中，根据不同的暴露途径、暴露模型和模型参数计算单一暴露途径下污泥暴露量。计算方法可参考但不限于《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》中第11-18页公式A.1-A.12、A.15-A.16、A.21-A.30和A.33-A.34《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》中第11-18页公式A.1-A.12、A.15-A.16、A.21-A.30、A.33-A.34。从前述公式可知，暴露模型即为不同暴露途径下利用模型参数计算污泥暴露量的计算模型。
在子步骤C2中，利用所述单一暴露途径下污泥暴露量和所述污染物的检测结果计算单一暴露途径下污染物的暴露量。计算方法为将单一暴露途径下污泥暴露量和污泥的污染物浓度相乘得到单一暴露途径下污染物的暴露量。
在子步骤C3中，利用所述单一暴露途径下污泥暴露量和所述病原体的检测结果计算单一暴露途径下病原体的暴露量。计算方法为将单一暴露途径下污泥暴露量和污泥的病原体浓度相乘得到单一暴露途径下病原体的暴露量。
步骤D：针对所述目标土地利用类型，利用所述污染物检测的结果，对污泥在不同暴露途径下的污染物分别进行健康效应分析，确定单一暴露途径下的污染物参数。
根据本发明的实施例，健康效应分析包括致癌效应和非致癌效应，所述污染物参数包括致癌效应毒性参数和非致癌效应毒性参数。分析致癌效应或非致癌效应时，相关参数不同，同时，引起致癌效应或非致癌效应的不同暴露途径所对应的相关模型参数也各有不同。若污泥的资源化利用方向为农用地土壤，其健康效应分析方法参考但不限于《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》第6页，第7.2节。若污泥的资源化利用方向为建设用地土壤，其健康效应分析时参考但不限于《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》第7页，第7.2节。
步骤E：利用所述单一暴露途径下的污染物参数和所述污染物的暴露量计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商。
根据本发明的实施例，利用所述单一暴露途径下的污染物参数和所述污染物的暴露量计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商包括子步骤E1~子步骤E4：
在子步骤E1中，利用所述单一暴露途径下的致癌效应毒性参数和所述污染物的暴露量计算污泥中的单一污染物在致癌效应下通过单一暴露途径的致癌风险。计算方法可参考但不限于《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》中第33-34页公式C.1-C.6和《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》中第32页公式C.1-C.6。
在子步骤E2中，利用污泥中的单一污染物通过单一暴露途径的致癌风险之和计算单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险。计算方法可参考但不限于《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》中第34页公式C.7和《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》中第32页公式C.7。
在子步骤E3中，利用所述单一暴露途径下的非致癌效应毒性参数和所述污染物的暴露量计算污泥中的单一污染物在非致癌效应下通过单一暴露途径的危害商。计算方法可参考但不限于《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》中第34-35页公式C.8- C.13和《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》中第33-34页公式C.8- C.13。
在子步骤E4中，利用污泥中的单一污染物通过单一暴露途径的危害商之和计算单一污染物通过所有暴露途径的总危害商。计算方法可参考但不限于《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》中第35页公式C.14和《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》中第34页公式C.14。
进一步地，在计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商后还包括步骤F：在对单一暴露途径下所述模型参数进行敏感性分析，以确定该模型参数对风险的影响大小，具体包括子步骤F1~子步骤F3：
在子步骤F1中，通过改变模型参数的值以计算模型参数改变前后的单一污染物经单一暴露途径的致癌风险或危害商的相对变化。
在子步骤F2中，利用所述致癌风险或危害商的相对变化与模型参数的相对变化的比值计算敏感性比值。具体计算方法参考《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》中第39页公式D.3和《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》中第36页公式D.3。
在子步骤F3中，利用所述敏感性比值表征所述模型参数对单一暴露途径下致癌风险或危害商的影响。敏感性比值越大，表示该参数对风险的影响也越大。
步骤G：在基于所述总致癌风险和总危害商确定污染物风险不满足污染物风险标准的情况下，计算所述污染物的场地污泥风险控制值。
举例而言，若由子步骤E2所计算的总致癌风险超出预设的总致癌风险（取值为10-6），或者由子步骤E4所计算的总危害上超出预设的总危害商（取值为1），则表示单一污染物的污染物风险不满足污染物风险标准。
该污染物的场地风险控制值是基于可接受风险、污泥暴露量和污染物参数计算得到。具体计算方法可参考但不限于《污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）》中第40-43页公式E.1-E.14和《建设用地土壤污染风险评估技术导则（HJ25.3-2019）》中第37-39页公式E.1-E.14。基于该污染物的场地污泥风险控制值实现对污泥中污染物的管控。
步骤H：将已知致病所需病原体数量标准和所述病原体的暴露量进行比较，在根据比较结果确定所述病原体风险不满足病原体风险标准的情况下，计算病原体场地污泥风险控制值。在本步骤中，例如，若子步骤C3所计算的病原体的暴露量超出已知致病所需病原体数量标准，则表示病原体风险不满足病原体风险标准。其中已知致病所需病原体数量标准可以通过文献调研等方式获取，并不以此为限。
根据本发明实施例，所述病原体场地污泥风险控制值是基于污泥暴露量、致病所述病原体最低数量计算得到。计算方法为将基于临床和实验相关文献资料（PHI-base数据库，http://www.phi-base.org/；VirHostNet 数据库http://virhostnet.prabi.fr/）所知的致病所需病原体数量标准除以土壤暴露量，得到病原体场地污泥风险控制值。基于该污染物的场地污泥风险控制值实现对污泥中污染物的管控。
进一步地，所述风险检测方法还包括，步骤I，在所述污染物风险满足污染物风险标准，同时，病原体风险满足病原体风险标准的情况下，表示污染物风险和病原体风险都可接受，则结束对污泥的风险检测。
综上所述，本发明首次系统性地设计了污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，为行业相关应用过程的标准化或一致性提供了方法基础，其涉及的各部分知识点有文献支撑，具有良好的可操作性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，包括：
对污泥进行危险废物鉴别，若污泥为非危险废物的情况下，则对污泥进行污染物检测和病原体检测；
利用所述污染物检测的结果，确定污泥在土壤资源化利用中的目标土地利用类型以及所述土地利用类型下的目标敏感用地类型；
针对所述目标土地利用类型以及所述目标敏感用地类型，分析污泥在不同暴露途径下的污染物和病原体，计算单一暴露途径下污染物的暴露量和病原体的暴露量；
针对所述目标土地利用类型，利用所述污染物检测的结果，对污泥在不同暴露途径下的污染物分别进行健康效应分析，确定单一暴露途径下的污染物参数；
利用所述单一暴露途径下的污染物参数和所述污染物的暴露量计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商；
在基于所述总致癌风险和总危害商确定污染物风险不满足污染物风险标准的情况下，计算所述污染物的场地污泥风险控制值；
将已知致病所需病原体数量标准和所述病原体的暴露量进行比较，在根据比较结果确定所述病原体风险不满足病原体风险标准的情况下，计算病原体场地污泥风险控制值。
2.如权利要求1所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，所述危险废物鉴别包括毒性物质鉴别和浸出毒性鉴别。
3.如权利要求1所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，所述风险检测方法还包括，若污泥为危险废物的情况下，则结束对污泥的风险检测。
4.如权利要求1所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，所述污染物检测包括：金属元素及有机污染物非靶标筛查、金属元素靶标检测和有机污染物靶标检测，以获得金属元素和有机污染物的种类和浓度；
所述病原体检测利用宏基因组测序的手段，得到病原体种类和病原体浓度。
5.如权利要求1所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，所述污泥在土壤资源化利用中的目标土地利用类型包括建设用地和农用地，所述土地利用类型下的目标敏感用地类型包括敏感用地和非敏感用地。
6.如权利要求1所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，所述单一暴露途径下污染物的暴露量和病原体的暴露量的计算方法包括：
根据不同的暴露途径、暴露模型和模型参数计算单一暴露途径下污泥暴露量；
利用所述单一暴露途径下污泥暴露量和所述污染物的检测结果计算单一暴露途径下污染物的暴露量；
利用所述单一暴露途径下污泥暴露量和所述病原体的检测结果计算单一暴露途径下病原体的暴露量。
7.如权利要求6所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，所述暴露途径包括经口摄入污泥途径、皮肤接触污泥途径、吸入污泥颗粒物途径、吸入室外空气中来自表层污泥的气态污染物途径、吸入室外空气中来自下层污泥的气态污染物途径、吸入室内空气中来自下层污泥的气态污染物途径；
所述暴露模型为不同暴露途径下利用模型参数计算污泥暴露量的计算模型；
健康效应分析包括致癌效应和非致癌效应，所述污染物参数包括致癌效应毒性参数和非致癌效应毒性参数。
8.如权利要求7所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，利用所述单一暴露途径下的污染物参数和所述污染物的暴露量计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商包括：
利用所述单一暴露途径下的致癌效应毒性参数和所述污染物的暴露量计算污泥中的单一污染物在致癌效应下通过单一暴露途径的致癌风险；
利用污泥中的单一污染物通过单一暴露途径的致癌风险之和计算单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险；
利用所述单一暴露途径下的非致癌效应毒性参数和所述污染物的暴露量计算污泥中的单一污染物在非致癌效应下通过单一暴露途径的危害商；
利用污泥中的单一污染物通过单一暴露途径的危害商之和计算单一污染物通过所有暴露途径的总危害商。
9.如权利要求8所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，在计算污泥中单一污染物通过所有暴露途径的总致癌风险和总危害商后还包括在对单一暴露途径下所述模型参数进行敏感性分析，所述对单一暴露途径下所述模型参数进行敏感性分析包括：
通过改变模型参数的值以计算模型参数改变前后的单一污染物经单一暴露途径的致癌风险或危害商的相对变化；
利用所述致癌风险或危害商的相对变化与模型参数的相对变化的比值计算敏感性比值；以及
利用所述敏感性比值表征所述模型参数对单一暴露途径下致癌风险或危害商的影响；
所述污染物的场地风险控制值是基于可接受风险、污泥暴露量和污染物参数计算得到；
所述病原体场地污泥风险控制值是基于污泥暴露量、致病所述病原体最低数量计算得到。
10.如权利要求1所述的污泥在土壤资源化利用中的风险检测方法，其中，所述风险检测方法还包括，在所述污染物风险满足污染物风险标准，同时，病原体风险满足病原体风险标准的情况下，则结束对污泥的风险检测。
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