关于城市污泥处理进展的研究

城市污泥中的重金属是影响城市污泥无害化和资源化的主要因素.如何有效去除城市污泥中的重金属是当前市政工程和环境工程研究的热点。在此综述了动电技术、生物沥滤、植物提取化处理、化学处理几种常见的重金属去除方法以及近年来出现的新方法,并在分析这些方法特点的基础上提出了今后研究去除城市污泥中重金属方法的方向。

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城市污泥中的重金属是影响城市污泥无害化和资源化的主要因素.如何有效去除城市污泥中的重金属是当前市政工程和环境工程研究的热点。在此综述了动电技术、生物沥滤、植物提取化处理、化学处理几种常见的重金属去除方法以及近年来出现的新方法,并在分析这些方法特点的基础上提出了今后研究去除城市污泥中重金属方法的方向。

关于城市污泥处理进展的研究

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（xx大学环境与化学工程学院 xx市 066xxx）

【摘要】 城市污泥中的重金属是影响城市污泥无害化和资源化的主要因素．如何有效去除城市污泥中的重金属是当前市政工程和环境工程研究的热点。在此综述了动电技术、生物沥滤、植物提取化处理、化学处理几种常见的重金属去除方法以及近年来出现的新方法，并在分析这些方法特点的基础上提出了今后研究去除城市污泥中重金属方法的方向。

技术的发展方向。 【关键词】城市污泥；重金属；化学浸提；生物淋滤；动电技术；固化一稳定化

方法

【正文】

1、引言

通过对多种城市污泥处理方法的综述，概括了解当前多种样式的污泥处理方 法，再通过多种方法的对比了解各方法的运行原理，以及优缺点，进而通过综合 研究找到最适合于国内运行的处理模式。

研究进展

1．1污泥中的重金属赋存形态

关于重金属元素在污泥中的赋存形态研究 ,早在上个世纪 70年代就已倍受科学家的关注。研究表明 ,不同原料、pH值、 堆肥工艺过程及堆制时间等 ,对重金属形态分布的影响不同;采用不同的提取方法所得的重金属形态分布也不同。目前 ,对重金属元素形态的分析重点 ,是确定重金属元素的活性形态及其影响。不同的重金属元素以及同一种金属元素在不同类型的污泥中 ,其赋存形态差异较大对海泊河污水处理厂的污泥进行研究发现 ,锌主要以可交换态存在 ,稳定性差;铜主要以稳定的硫化物及有机结合态存在;镍的 5种存在形态含量分布较为均匀 ,其不稳定态与稳定态的比例与锌相似;铬主要以残渣态存在 ,它的硫化物有机及有机结合态含量极少;汞、 镉、 铅、 砷等毒性较强的元素 ,几乎全部以残渣态形式存在。另有研究显示 ,大部分的 Cu、 Pb、 Zn、 Cd、 Cr都以有机态和硫化物的形式存在,而向污泥中投加硫酸盐 ,能促进重金属由不稳定态向硫化物及和有机质结合态转变,从而可减轻重金属元素对环境的危害【1】。

1．2污泥中的重金属元素常见处理方法

1．2．1动电技术

动电技术的基本原理是在固相一液相系统中插入电极，通过施加微弱直流电形成电场，利用直流电场产生的各种电动力学效应，使污染物发生迁移并富集于阴极区，从而将污染物去除。目前，动电技术应用于重金属的去除还局限于污染土壤的重金属修复，而应用于城市污泥中的重金属去除才刚刚起步，还需要大量的研究。AkretcheⅢ1最早报道了在实验室条件下，动电处理对污泥重金属提取效率的影响。认为动电作用下污泥中重金属形态是影响重金属迁移和动电修复效果的重要因素【2】。通过现场实验研究表明，污泥中重金属的去除效率主要取决于污泥中重金属的形态，动电过程对可交换态重金属的去除率平均为92．5％，而对有机态和残渣态重金属去除率分别为34．2％和19．8％。我国对动电技术去除城市污泥中重金属的研究尚处于起步阶段，袁华山等陋1对酸化污泥中的Cd、zn和Cu在电动力作用下的去除率进行研究，发现5 d后，经HNO，酸化的

城市污泥中的重金属是影响城市污泥无害化和资源化的主要因素.如何有效去除城市污泥中的重金属是当前市政工程和环境工程研究的热点。在此综述了动电技术、生物沥滤、植物提取化处理、化学处理几种常见的重金属去除方法以及近年来出现的新方法,并在分析这些方法特点的基础上提出了今后研究去除城市污泥中重金属方法的方向。

脱水污泥在电动力的作用下，Cd、zn和Cu的去除率都有明显的提高，分别比未酸化的污泥去除率增加11％、9％和6％。动电技术去除城市污泥中重金属从技术层面上是可行的，但研究还停留在重金属的存在形态和pH值、电压梯度、添加剂和强化技术等因素对重金属去除效率的影响方面，对于更深层次的原理、污泥性质、处理过程中出现的浓差极化问题、重金属的迁移特性、阴极区高浓度重金属污泥的后续处理问题及运行成本等问题仍处于空白状态，这些方面仍有待进一步的研究。

1．2．2生物沥滤法

生物沥滤法是指在有氧及含硫条件下．利用污泥中的某些微生物的静电吸附、共价吸附、络合、螯合、离子交换和无机微沉淀等作用．使污泥固相中处于吸附、化合状态的不溶性重金属得以释放．转移到液相中变为可溶态离子形式．而达到从污泥固相中去除重金属的目的[21。生物沥滤法在土壤重金属修复方面应用和研究较广，但是应用到城市污泥中重金属的处理还处于试验研究阶段。从已报道的文献看，研究主要集中在污泥浓度和种类、温度与起始p值、基质种类与用量、氧化还原电位等影响因素与重金属去除效率间的关系。生物淋滤法可以把污泥的好氧消化和重金属淋滤结合起来．但只有在负荷能力低和污泥同体浓度高时．生物淋滤过程才较为经济，同时影响微生物方法剔除污泥中重金属效果的因素是相当复杂的．其具体的操作参数和机理还有待进一步研究。相对其它方法而言．生物淋滤法去除污泥中的重金属是经济的、高效的．但是高浓度重金属淋出液的处理问题也是今后需要进一步探索的内容【3】。

1．2．3植物提取法

植物提取法是利用专性植物的根系超量吸收一种或几种污染物．特别是有毒重金属．并将其转移到植物茎叶，然后收割茎叶。异地处理的一种方法13l。1988年至今已发现有400多种植物对重金属具有吸收超富集作用．但由于超量积累植物经常只能积累某些元素而无法积累所有重金属元素．同时植物生长缓慢，它们的农艺性状、病虫害防治、育种潜力及生理学也了解很少．因此．目前还需要不断扩大寻找超量积累植物．以及改良超量累积植物品种。从目前的研究过程来看要把植物提取法运用到实际丁二程中，还需要在以下方面做更深入的试验研究，即：植物超富集重金属的机理．植物体内重金属的回收再利用或者后续处理问题．全国超富集植物资源的数量和分布．同时还要在有代性的地区创建植物提取法的示范研究基地，以便总结经验向全国推广。

1．2．4化学浸提法

化学浸提法是通过添加化学提取剂将土壤、污泥以及沉积物中的污染物分离出来，从而降低有害物质含量的方法，这项工艺已经用于重金属污染土壤的修复川。化学提取剂一般为无机酸、有机酸、螯合剂以及一些无机化合物。重金属从 污泥中溶出后，液相中的重金属可通过添加CaO、NaOH和NaHc03等碱性物质或Nas、H2S和FeS等硫化物使其沉淀从而得到去除MJ。此方法主要包括酸浸提法和螯合剂浸提法。酸进提法是采用硫酸、 盐酸、 硝酸、 磷酸和有机酸等化学试剂来溶出重金属的一种方法。黄铁矿和硫粉与两种底物配合可加速污泥中的重金属 Zn、Cu浸出 ,其去除率分别可达 89 . 2%、 56 . 5%,但该法操作烦琐不利于批次运行。用酸化污泥回流的生物淋滤技术处理制铬污泥 ,可使污泥中的铬溶出率达到 95%以上。通过对污泥酸化处理 ,然后在电动力作用下去除酸化污泥中的重金属研究表明 , Cd、 Cu、 Zn的总去除率均有提高 , Cd、 Zn去除较为明显。用盐酸 /硫酸为 1∶ 1对污泥进行处理 ,除了 Cr元素的去除率低于 60%

城市污泥中的重金属是影响城市污泥无害化和资源化的主要因素.如何有效去除城市污泥中的重金属是当前市政工程和环境工程研究的热点。在此综述了动电技术、生物沥滤、植物提取化处理、化学处理几种常见的重金属去除方法以及近年来出现的新方法,并在分析这些方法特点的基础上提出了今后研究去除城市污泥中重金属方法的方向。

以外 ,其他元素的去除率均高于 60% ,甚至达到 100%。用硝酸对污泥进行淋滤 ,可去除 Cu 86 . 7%、 Ni 100%、 A100%【4】；螯合剂浸提法既EDTA、NTA等强螯合剂有络合重金属的功能，可以形成EDTA金属或N’rA金属络合键。Fe、zn、Ni、Cr和Pb的最大去除率分别可达89％、45％、53％、33％和37％，而Cu去除率只能达到8％。溶解的重金属可用石灰沉淀回收，或用Ca

(OH)，将pH调到7．0后回收。与酸萃取相比，EDTA重金属浸取效率为Pb>Cr>Ni>zn>Cu—Cd。NTA对市政污泥和工业废渣中的去除效率是Cd—Ni>Pb>Zn—Cu—Cr。这些金属的溶解顺序差异，是由于金属的存在形态的不同而引起的。

1．3其他处理方法

1．3 . 1微波法

微波技术是一种崭新的、 极有潜质的样品消解技术。其工作原理与传统的加热方法不同 ,它不是利用热传导使试样从外部受热分解 ,而是用频率高达 300MHz～300 GHz的微波辐射 ,使样品内外同时加热 ,在不改变化学反应机理的基础上 ,达到高效快速消解的目的。使用此方法对重金属污泥进行加热 ,使重金属在污泥颗粒内解析而达到修复的目的。该技术常用于消解一些易挥发性的重金属 ,如汞或硒等 ,可以使它们保留在溶液中 ,防止挥发造成结果的偏差和对环境的污染。另外,可以把重金属污染区土壤置于高温高压下 ,形成玻璃态物质 ,从而达到从根本上消除土壤重金属污染的目的。Gan Q利用微波辐射对印刷电路板污泥进行热处理 ,在经过 12周的反应后 ,发现铜与铅离子的溶出量比 100 g脱水污泥中铜与铅离子的浸出量分别降低 27倍和 10 . 8倍 ,且铜和铅离子的溶出浓度也符合法规标准。在 500 ℃的微波作用下 ,污泥中加入铝粉可使铜在污泥中的固定量增加。且污泥经微波辐照后 , Zn的含量有小幅度下降。用微波消解土壤 ,然后用电热板加热驱酸的方法对土壤样品进行前期处理 ,重金属回收率分别在 96 . 1% ～102 . 3%和 94 . 0% ～98 . 7%之间。微波消解法具有消解快速、 精度高、 试剂消耗。量少、 节约能源、 无尾气泄露、 降低分析人员的劳动强度等优点。不足之处是依然置于电热板上加热赶酸 ,但加酸量少 ,且不加高氯酸 ,赶酸时间也明显缩短 ,基本干扰减少 ,可提高工作效率【5】。

1．3 . 2固化一稳定化方法

污泥中重金属的固化一稳定化是指利用物理化学方法将污泥和稳定化惰性材料掺合在一起．依靠惰性材料的吸附、固化等作用使重金属转变成低溶解性及低迁移性的稳定状态而不易被浸出．以此达到消除重金属污染的目的。固化一稳定化方法主要包括水泥同化、石灰固化、热塑性同化、熔融固化、自胶结固化等。常用的固化剂有水泥、沥青、玻璃、水玻

璃等。许多学者通过大量的实验验证了此项技术对污泥重金属固定的有效性．但是固化体中重金属的长期稳定性问题和填埋场占地等问题将使固化一稳定化处理方法失去其优势【6】。

3、结束语

综上所述．城市污泥中重金属的去除方法基本能有效地去除重金属．处理后的污泥重金属含量能达到农用标准．但是这些方法普遍都存在处理成本高．有二次污染等问题．而且不同地区不同污水厂的污泥的处理效果不同．重现性差。所以今后研究中．要在经济成本、机理及工艺参数等方面做更深入的试验研究．同时要把污泥的性质及重金属的赋存状态与处理工艺结合起来．研究适合不同地区不同性质污泥都适用的重金属去除方法。

【参考文献】

城市污泥中的重金属是影响城市污泥无害化和资源化的主要因素.如何有效去除城市污泥中的重金属是当前市政工程和环境工程研究的热点。在此综述了动电技术、生物沥滤、植物提取化处理、化学处理几种常见的重金属去除方法以及近年来出现的新方法,并在分析这些方法特点的基础上提出了今后研究去除城市污泥中重金属方法的方向。

【1】 郑国河 ,李剑超, 污泥重金属的非生物处理方法研究进展, 污染防治技术, 2 0 0 7年 1 2月,第 20卷 第 6期

【2】 [2]Patryk Oleszczuk，Phytotoxicity of municipal sewage sludge

composts related to physico-chemical properties, PAHs and heavy metals，ScienceDirect，Ecotoxicology and Environmental Safety 69 (2008) 496–505

【3】刘静，陈玉成, 城市污泥中重金属的去除方法研究进展, 微量元素与健康

研究, 2006年5月, 第23卷第3期

【4】池星云, 城市污泥中重金属的去除方法研究进展, 环境科技, 2009年6月, 第22卷增刊第1期

【5】Raf Dewila, Jan Baeyens , Lise Appels , Enhancing the use of waste

activated sludge as bio-fuel through selectively reducing its heavy metal content,ScienceDirect, Journal of Hazardous Materials 144 (2007) 703–707

【6】Myroslav Sprynskyy, Solid–liquid–solid extraction of heavy metals

(Cr, Cu, Cd, Ni and Pb)in aqueous systems of zeolite–sewage sludge, Journal of Hazardous Materials, Journal of Hazardous Materials 161 (2009) 1377–1383,

体会与心得

通过此次学习掌握了一项新的技能，学会了检索多种文献，它帮助我接触到 了世界上最先进的科学技术理论，第一次让我有一种碰到世界科技前沿的感觉， 掌握了这项技能一周内我主要查阅了与城市污泥处理和硼碳氮纳米管两方面有 关的文献，这两方面分别是我在学校参加的科研立项和创业计划大赛涉及的课 题，通过查阅才发现自己当初在网页上搜索的文献（最近的为2001年发表的） 是那样的过时。此次学习还让我从新认识了大学图书馆，它不仅仅是一个放着书 和计算机的地方，它还是一个能让我们与世界科技前沿接触的地方。感到遗憾的 是到了现在才学到这项技能。总而言之，此项技能定会让我受益匪浅。

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