化学法去除污水处理厂污泥中Pb和Cd的研究_杨姚舜.pdf

化学法去除污水处理厂污泥中 和 的研究杨姚舜，潘军（中石化石油工程地球物理有限公司地理地质信息勘查分公司，湖北 武汉 ；湖北广顺新业人力资源有限公司，湖北 武汉 ）摘要对武汉市某污水处理厂月污泥进行研究，分析污泥中重金属的含量及不同的酸剂、酸和过氧化氢混合液对污泥中 和 的去除效果。经处理后的污泥符合国家污泥农用标准，在此分享研究过程。关键词污泥；重金属；去除率；农用标准 中图分类号 文献标识码 文章编号 （）：污水和污泥是污水处理厂对污水进行处理过程中的必然产物。根据 年城乡建设统计年鉴，年我国城市污水处理能力累计达到 ，含水率 的污泥年产量超过 ，预计 年我国城镇污泥年产量将超过 ，我国面临严峻的污泥处理处置压力。一方面污泥中含有大量的毒害物质，如果不进行妥善处理，将会造成周边生态环境严重的“二次污染”。另一方面根据相关研究，污泥中含有大量的植物生长所需的微量元素，对植物生长具有较大的促进作用。目前，国内外关于城镇污泥的处理处置技术有填埋、投海、焚烧、农用等，被普遍认同的是将污泥转化为农业肥料，实现资源的循环利用。本文以武汉市某污水处理厂的污泥为例，从不同酸剂对污泥以及酸剂和氧化剂混合对污泥中重金属的去除率的角度进行分析，为治理污水处理厂污泥中的重金属含量提供技术参考。实验材料和方法 样品的采集与处理污泥样品来自武汉市某污水处理厂月的污泥。将污泥样品在自然环境下风干，并采用研钵进行研磨，过筛，装袋备用。重金属含量分析方法称取 污泥样品于 聚四氟乙炔坩埚中，采用去离子水进行湿润，用 高氯酸加 浓硝酸进行加热消解，消解样品定容至 。重金属元素含量采用原子吸收分光光度计进行测定，并做次重复实验。重金属化学形态的连续提取方法参照 等提取过程，并采用原子吸收光谱仪（）分别测定、含量。不同酸剂对重金属去除方法在离心管内分别放入污泥，用盐酸、硫酸、磷酸和硝酸分别将污泥样品调到 值为、，在其中硫酸调节 为 的一部分离心管中分别投加 、（浓度），将离心管放入恒温振荡器内，室温 下进行振荡 后，将离心管放入离心机内并以 转速离心 ，取出上清液，并测定其重金属的含量。并且要制备全程序空白溶液。每批样品至少配制个以上的空白溶液。试验仪器本项目使用分析用万分之一电子天平（上海恒科技有限公司，型），振荡器（金坛市医疗仪器场，型），大容量离心机（上海安亭科学仪器江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报 年 月 第 卷第期 收稿日期 第一作者简介杨姚舜（），男，大学，硕士，现主要从事环境与节能工作。厂，型），电热板和火焰式原子吸收光谱仪（北京普析通用仪器有限责任公司，型）。数据处理采用 、软件对数据进行相关统计分析，并进行图表绘制。结果与分析 污泥中重金属 和 的总量分析试验结果表明（表），武汉市某污水处理厂月份污泥中重金属 和 的总量分别是 和 ，此结果已超过我国酸性土壤中对 含量的最高限值（的土壤，），且铅的含量具有较高潜在生态风险，因此该污泥不能直接用于酸性土壤，需采用适当的方法降低重金属元素的含量，使其满足污泥农用对 与 的限值。表 武汉市某污水处理厂污泥中重金属不同形态含量（）样品重金属有效态 武汉 市 某 污 水 处理厂月污泥水溶态交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化物结合态 硫化物与有机结合态 残渣态 总量 不同浓度酸溶液对重金属 和 的去除效果由图可知，随着盐酸浓度的变化，污泥中重金属元素的去除效果存在较大差异，随着 的升高去除效果会越来越低。当 时，对重金属的去除效果最好，和 的去除率均达到 以上。当 时，和 的去除率均达到 以上。随着 的升高 的去除率比 下降快，当 时，的去除率在 以上，而 的出去率却低于 。图 盐酸（）调节 对污泥中重金属去除率的影响图从图可以看出，随着硫酸浓度的增加，对污泥中重金属的去除效率也相应的增加。当 时，对重金属的去除效果最好，和 的去除率均达到 以上。但是随着硫酸浓度的增大对 的去除效率变化较小，对 的去除效率变化较大。当 时，的去除率只有 。而 的去除率是 。图 硫酸（）调节 对污泥中重金属去除率的影响从图可以看出，随磷酸浓度的升高，对 元素的去除率的影响较小，而对 的去除率影响相对较大。当 为时，对重金属的去除效果很好，的去除率达到 ，的去除率是 。然而当 时，的去除率只有 ，的去除率是 。图 磷酸（）调节 对污泥中重金属的去除率的影响从图可以看出，当 时，硝酸对重金属的去除效果很好，的去除率达到 ，的去除率是 。随着 的升高，去除效果逐渐下降，当 时，的去除率只有 ，的去除率是 。江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报图 硝酸（）调节 对污泥中重金属去除率的影响 酸溶液中投入氧化剂对重金属 和 的去除效果从图可以看出，在硫酸调节 为 的一部分离心管中分别投加 、（浓度），振荡反应 后，随着投入 体积的增加，对污泥中重金属 和 的去除的效率也随之增加，当 的用量超过一定值后，随着用量的增加，而对重金属元素 和 的去除率影响较小。当投入体积为 时，和 的去除率分别为 和 。当用量达到 时，和 的去除率分别达到 和 。图 硫酸（）中加入对污泥中重金属去除率的影响 讨论 不同浓度的酸剂对污泥中重金属 和 的去除率影响由于污泥中重金属的溶解度主要是受 值控制，随着污泥的 值的下降，污泥中部分重金属元素由较稳定的化合物向可溶态的离子态或络合离子态转化，金属才以离子态存在。本实验利用不同的酸剂来降低污泥中的 值，从而达到大幅度降低污泥中重金属的含量的目的，有利于促进污泥在农业资源再利用方面的应用。酸剂对污泥中重金属元素的反应公式可以表示为：（）由图 可知，通过用不同的酸剂对污泥进行处理，随着 的增加，污泥中重金属的去除率也越来越低。然而，酸剂的差异影响着重金属元素的去除率，不同的重金属元素去除最佳处理条件也均有差异。随着不同酸剂各自浓度的升高，对 的去除效率的影响相对较小，在 。而对 的去除效率影响相对较大，且在 。对于种不同的酸，对 和 的去除效率盐酸和硫酸比磷酸和硝酸的效果好。经种酸剂处理后的城市污泥，污泥中 和 的含量均达到国家农用标准。因此，在处理处置之前要对污泥中的重金属元素进行形态分析，并根据实验分析得出的实际情况选择适宜的试剂与最佳 值来降低污泥中重金属的含量。从图 可以看出，当 时，污泥中重金属的含量已经达到国家农用标准，此时不同酸去除重金属效果是硫酸盐酸硝酸磷酸。酸溶液中投加对重金属 和 的去除率影响用硫酸调节 污泥中投加不同体积的，当氧化剂采用可以适当提高污泥的氧化还原电位，而重金属在污泥中主要是硫化物、残渣态的稳定形式存在，因此可以通过酸剂和氧化剂的方式使金属硫化物向可溶态的形式进行转化，进而提高其去除率。由图可知，利用投加不同体积 对污泥中的重金属进行去除，的最大去除率是 。的最大去除率是 。由于氧化剂其去除效果具有一定的促进作用，当 的用量达到一定时，随用量的增加，对重金属去除率的影响基本较小。因此根据实际情况选择出适宜的试剂与最佳 值来降低污泥中重金属的含量，实现污泥资源化，有利于我国城市和农业的可持续发展。由图可知，投加体积为 （浓度为）时最佳。酸和 联合处理城镇污泥中重金属的方法相对简单且易掌握，而且适用性较强。然而，酸化处理可能会使污泥中的氮、磷和有机质溶解，进而有可能降低污泥的肥效与利用价值。因此，该处理方法还需进一步的研究、改进和完善，使其能够在污泥资源化利用过程中具有更广阔的前景。杨姚舜，等化学法去除污水处理厂污泥中 和 的研究 结论）酸剂的差异影响着重金属元素的去除率，不同的重金属元素的处理效果也均有差异。因此，根据实际情况选择出适宜的试剂与最佳 值来降低污泥中重金属的含量。）由于氧化剂其去除效果具有一定的促进作用，当的用量达到一定时，随用量的增加，对重金属去除率的影响基本较小。因此根据实际情况选择出适宜的试剂与最佳 值来降低污泥中重金属的含量。）通过化学方法均能使污泥中 和 的含量达到国家农用标准，实现城镇污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的目的。参考文献 蔡冉城镇污水处理厂污泥处置技术应用的方向低碳世界，（）：陈苏，孙丽娜，孙铁珩，等城市污泥处理处置技术及资源化利用研究生态科学，（）：郭广慧 我国城市污泥中养分和重金属含量及农用潜力分析 成都：西南大学，贾川，张国芳 国内外市政污泥处理处置现状与趋势 广东化工，（）：胡佩佩，侯锋，范莹，等深度脱水污泥好氧发酵工艺研究中国给水排水，（）：崔静，张赟，苗凤海，等 污泥处理处置与资源化技术研究进展 山东化工，（）：程永高，何红升，吴艳青 城市污水污泥农用资源化技术研究 环境工程，（）：张健，任芸芸，何小茹，等水体中重金属处理防治方法及其研究进展 广东化工，（）：邢洪连，郭华明，王轶，等河北保定市安新清苑县土壤重金属形态分布及风险评估 水文地质工程地质，（）：田应兵，陈锋，雷明江，等 江汉平原城郊菜地土壤重金属的环境质量评价环境科学与技术，（）：黄翠红，孙道华，李清彪污泥中重金属的去除及回收试验环境污染与防治，（）：李雪怡，梁远，方小锋，等 北京市污泥处理处置现状总结分析中国给水排水，（）：，（）：乔显亮，骆永明我国部分城市污泥化学组成及其农用标准初探 土壤，（）：罗艳丽，郑春霞，贾宏涛，等 七道湾污水厂污泥重金属形态特征 研究 环境工程，（）：陈曦，王玉军化学淋滤法去除污泥中、的研究环境科学与管理，（）：顾祝禹，古丽戈娜阿布都热西体，艾克拜尔伊拉洪，等 河东污水处理厂污泥中 和 形态分析 环境工程，（）：，（，；，）：，：；编辑熊敏江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报