生物淋滤对城市污泥重金属去除及形态变化的影响研究

以氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)为淋滤菌,对城市污泥进行生物淋滤,考察淋滤过程中污泥重金属(Cu、Zn、Ni、Cr)的去除及其形态变化规律,并根据淋滤前后重金属形态分布探讨重金属的淋滤去除机制。结果表明,生物淋滤可有效去除城市污泥中的Cu、Zn和Ni,对Cr几乎没有去除。生物淋滤后,Cu、Zn、Ni、Cr 4种重金属的去除率分别为55.97%、47.66%、26.10%、2.10%。pH是影响Zn和Ni去除的主要因素,而Cu在低pH和高氧化还原电位(ORP)条件下更易去除。BCR形态分析表明,生物淋滤之后污泥中Cu、Zn和Ni的4种形态含量均发生了不同程度的改变,其生物有效性和迁移性得到有效控制。通过重金属形态变化规律间接得出,Cu的生物淋滤过程以直接机制为主,Zn和Ni的生物淋滤过程是直接机制和间接机制共同作用的结果。     

Fenton预处理对城市污泥重金属形态及生物淋滤溶出影响

针对生物淋滤处理城市污泥重金属Cr、As和Pd的溶出效率较低的问题,采用芬顿(Fenton)氧化法对城市污泥进行预处理,考察Fenton氧化对污泥中重金属Cr、As和Pd赋存形态转化及后继生物淋滤过程溶出率的影响。实验结果表明,经pH=4.00、Fe~(2+)=1.00 g·L~(-1)、H_2O_2=9 g·L~(-1)的条件下Fenton预处理后,重金属Cr、As和Pb的存在形态均由稳定性较强的可氧化态和残渣态向不稳定的弱酸提取态和可还原态转化,其不稳定态比重分别由15%、30%、9%提高到了24%、41%、11%;生物淋滤实验结果显示,由于重金属形态变化,重金属Cr、As和Pb溶出率分别由52.71%、11.15%、33.19%提升至60.76%、24.32%、45.96%。Fenton预处理联合生物淋滤法提高了对重金属Cr、As和Pb的去除效果,有助于实现污泥的无害化处理处置。     

调理剂对堆肥产品重金属生物有效性的影响

城市污泥中重金属含量及其生物有效性是限制污泥农用的主要因素,因此,研究污泥堆肥化处理过程中重金属生物有效性,对污泥的农用具有重要意义。实验以城市污泥为原料,以菌菇渣和秸秆为调理剂,设置4个处理:A(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.4∶0.025)、B(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.3∶0.025)、C(污泥∶秸秆=1∶0.12)和D(污泥∶秸秆=1∶0.09),进行好氧堆肥实验,采用BCR顺序提取法测定各种形态的重金属,研究堆肥前后重金属形态的变化规律。结果表明,城市污泥中Cu、Ni、Pb和Cr主要以可氧化态及残渣态存在,生物有效性较低,而Zn和Cd主要以酸溶态和可还原态存在,生物有效性较高;堆肥过程显著降低了Cu、Zn、Ni和Pb的生物有效性,并改变了Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd的形态分布,使污泥中的Cu、Zn、Ni、Pb和Cd向着更稳定的可氧化态或残渣态转变;污泥经过堆肥处理后,Cu、Zn和Ni 3种重金属生物有效性关系为:ABCD,与其他处理相比,处理A残渣态的Pb和Cr增加比例较多,综合来看,处理A对重金属生物有效性的降低最为明显,重金属钝化效果最佳。     

基于生物淋滤的城市污泥重金属溶出及形态迁移

利用生物淋滤法处理城市污泥,以生物淋滤过程中pH、ORP(氧化还原电位)变化以及重金属(Zn、Cu、Cd)溶出率为指标,考察淋滤菌接种比例、初始pH、淋滤时间对生物淋滤的影响,并分析了生物淋滤前后,重金属形态变化以及重金属的生物有效性和迁移性。结果表明富集筛选的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f)可有效溶出污泥中的重金属。生物淋滤最佳条件为:初始pH=4.00,淋滤菌接种比例30%,重金属Zn,Cu,Cd在第10天的整体处理效果最优,溶出率分别达到75.30%、50.40%和74.44%。BCR形态分析表明:原污泥中Zn,Cu,Cd主要以弱酸提取态、可还原态和氧化态存在,残渣态较少;生物淋滤之后,3种重金属弱酸提取态、可还原态和氧化态含量有不同程度降低,其中,可还原态含量降低最为显著,残渣态基本无变化,并且淋滤后污泥中重金属氧化态及残渣态所占比例较淋滤前高,污泥稳定性得到提升。生物淋滤可以通过减少污泥中重金属含量和改变重金属形态降低其生物有效性和迁移性。     

污泥中氧化硫硫杆菌的分离及其应用效果

以硫粉为能源物质,采用Waksman液体培养基培养,然后以Waksman固体培养基平板接种法直接从污泥中分离出1株高度嗜酸的氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidan).该菌株适应环境速度快,易于驯化.序批式试验法研究表明,接种该菌株进行污泥生物淋滤可有效溶出污泥中的重金属.经过14 d的生物淋滤,Zn、Cu、Pb、Cr的最高去除率分别达到97%、96%、43%、44%.     

洛阳城市污水处理厂污泥中重金属形态及潜在生态风险评价

分析了洛阳市3个污水处理厂脱水污泥中Cu、Zn、Ni、Cr和Pb的含量,采用BCR法研究了污泥中重金属的形态分布特征,并利用地累积指数法(Igeo)和潜在生态危害指数法(RI)评价污泥在农用过程中重金属的潜在生态风险。结果表明,涧西污泥中Cu、Zn和Ni含量超过了农用泥质A级标准的限值(CJ/T309-2009),而新区污泥和瀍东污泥显示出良好的农用性质。污泥中Cu和Cr主要以可氧化态存在,Zn主要以酸溶态和可还原态存在,迁移性强,Ni含量分布相对比较均匀,Pb主要以残渣态存在。Igeo表明,污泥中Cu、Zn是潜在的污染元素。RI表明,Cu表现出高潜在生态风险;Zn的总含量虽高,但Zn的生物毒性响应因子低,对污泥的潜在风险贡献较低。     

污泥焚烧底灰中重金属残留特性的实验研究

利用原子吸收分光光度计和程序控制温升炉研究了沈阳市污水处理厂污泥在不同焚烧工况下重金属Cu、Cr、Cd、Zn、Ni和Pb在焚烧底灰中的残留特性。考察了升温速率、焚烧温度、含水率以及停留时间等因素对重金属在污泥底灰中的残留特性的影响。实验表明 ,Pb、Cd和Cu在灰渣中的残留率随着温度和停留时间的增加而降低。大部分的重金属元素Zn、Cu和Cr残留在灰渣中 ,Cd、Pb和Ni部分残留在灰渣中     

污泥水热联合热解处理对固相产物中重金属的影响

对酸性重金属污泥(AS)、碱性重金属污泥(BS)及其混合物(MS)进行水热联合热解处理,探讨了固相产物中重金属(Cr、Mn、Ni、Cu和Zn)的BCR形态变化与TCLP浸出毒性特征,并开展潜在生态风险评价。结果表明:AS经水热联合热解处理后得到的固相产物(ASC)中重金属的稳定性得到改善,Ni和Zn的残渣态比例显著增加,分别从8.33%和28.08%升至27.04%和51.31%;BS经水热联合热解处理后得到的固相产物(BSC)中重金属的稳定性改善不明显,Cr和Cu的残渣态比例分别从69.25%和65.42%升至82.09%和66.69%,而其他重金属的残渣态比例有所下降。MS经过水热联合热解处理,固相产物(MSC)中重金属的固化效果进一步提高。与理论值相比,Cr、Mn、Ni、Cu和Zn的残渣态比例分别从89.03%、55.85%、47.33%、55.39%和73.19%提高至98.09%、66.72%、48.49%、89.07%和86.70%,其浸出毒性均在USEPA标准以下,潜在风险程度为轻微水平,这为水热联合热解工艺处置重金属污泥提供新的思路。     

焦化废水处理过程外排污泥中重金属形态特征及其潜在环境风险

焦化废水处理过程所排放污泥中重金属的含量及化学形态是否构成环境风险将直接影响污泥处置方法的选择,为此,实验采用BCR顺序提取法分析了焦化废水处理站外排污泥中重金属(Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、Cu和Mn)的形态特征,并采用地累积指数(Igeo)和潜在生态危害指数(RI)评价了重金属对土壤的潜在环境风险。研究结果表明:除Ni主要以可氧化态存在外,焦化废水外排污泥中其他几种重金属元素主要存在于残渣态,重金属元素的含量低于《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)》中的控制限值;与城市污泥相比,焦化废水外排污泥具有低Pb、Cr、Zn、Cu含量,而高Cd、Hg、Mn含量的特点;基于Igeo和RI的评价结果,Cd和Hg是外排污泥中具有一定环境风险的元素,需要考虑其下游去向。焦化废水处理外排污泥中主要存在残渣态重金属成分,不表现为很高的环境风险,其处置应重点考虑其中有机污染物特别是POPs。     

污泥焚烧底灰中重金属残留特性的实验研究

利用原子吸收分光光度计和程序控制温升炉研究了沈阳市污水处理厂污泥在不同焚烧工况下重金属Cu,Cr,Cd,Zn,Ni和Pd在焚烧底灰中的残留特性，考察了升温速率，焚烧温度，含水率以及停留时间等因素对重金属在污泥底灰中的残留特性的影响，实验表明，Pd,Cd和Cu在灰渣中的残留率随着渐度和停留时间的增加而降低，大部分的重金属元素Zn,Cr和Cu残留在灰渣中，Cd,Pb和Ni部分残留在灰渣中。     

广州城市污泥中重金属的含量、排放通量及农用风险评价

分析了广州市中心城区5个主要的污水处理厂污泥的基本理化性质和7种重金属(Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Cd和Zn)在不同雨期的浓度变化,估算了广州市污水处理厂污泥重金属的年排放通量,并对其污泥农用做了潜在风险评价。结果表明,各污水厂污泥均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)对重金属的排放要求,污泥的基本理化性质满足《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T309-2009)标准,沥滘、猎德、京溪和大坦沙污水厂的污泥重金属满足CJ/T309-2009要求,而西朗污水处理厂2013年12月采集的污泥中Cu和Cd未达标。通过估算,广州市污水处理厂污泥中Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Cd和Zn的年排放通量分别为16.1、18.8、90.3、5.9、7.9、0.2和48.3 t。通过Hakanson生态风险评估,污泥在农用过程中除西朗污水处理厂污泥重金属危害为中等风险,其他厂污泥属于低风险。     

污泥施入黄土后重金属Cu、Zn、Cd的淋滤迁移

污泥土地利用是目前国内外污泥处置的主要方式和鼓励方向,在中国西北黄土地区更有前景和意义.污泥富含有机质和营养元素可弥补黄土的贫瘠缺陷,改善黄土肥力、增加植物产量.污泥施入黄土后,灌溉水对污泥重金属的淋滤迁移和污染风险是值得研究的课题之一.研究旨在了解重金属Cu、Zn、Cd在黄土层中的淋滤迁移特征,为黄土地区污泥的土地利用及重金属污染控制提供实验依据.实验选择污泥中含量或毒性大的Cu、Zn、Cd 3种重金属作为研究对象,通过室内模拟土柱对表层堆肥污泥中2种源强的重金属进行1年灌溉用水量的淋滤对比实验,测定淋滤前后土柱中和渗出液的Cu、Zn、Cd总量、有机质及pH值,以期分析重金属在黄土中的淋滤、迁移特征.结果表明,淋滤作用可使堆肥污泥Cu、Zn、Cd发生少量迁移并富集于土柱中、上部,大部分或绝大部分重金属仍滞留于耕作层(0～20 cm);淋滤使堆肥污泥Cd与Cu向下迁移约30 cm,Zn向下迁移约20 cm;渗出液呈弱碱性,其中Cu、Zn、Cd 3种重金属的浓度较入渗水均有增多,但随渗出液从黄土柱中溶出的重金属量极少.实验表明,耕作层重金属源强对Cu、Zn、Cd在土柱剖面中的淋滤、迁移和滞留作用以及溶出量均有不同程度的影响,堆肥污泥土地利用可以明显改善黄土肥力,灌溉对耕作层污泥有机质的淋滤损失量较小.并得出,堆肥污泥在黄土地区的土地利用是可行的.     

合肥市污水处理厂污泥重金属分布特征及其生态风险评价

为了解污泥中重金属污染状况,分析了合肥市5家污水处理厂污泥中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的总量、形态特征与生物毒性,并采用内梅罗指数法和潜在生态危害指数法对污泥中重金属生态风险进行了评价。结果表明,污泥中各重金属元素总量为Zn(639.00~2 094.50mg/kg)Cu(107.22~415.86mg/kg)Cr(48.06~388.24mg/kg)Pb(4.50~35.40mg/kg)As(11.72~47.51mg/kg)Cd(2.02~16.68mg/kg)。形态分布特征分析结果显示,Cr、Cu和Pb较稳定,As的稳定性相对较差,Zn在污泥中稳定性最差,而Cd在不同污泥样品中的形态分布差异较大;水平振荡法和毒性特征沥滤方法对污泥中重金属浸出浓度较低,未超过相应限值。内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法对污泥中重金属总量评价结果表明,5家污水处理厂(分别命名为WT、WXY、JKQ、ZZJ、CTP)污泥样品表现为CTPJKQWXYZZJWT,各重金属元素污染顺序为CdCu(Zn)AsCrPb。     

柠檬酸强化电动去除和回收污泥中的重金属

探讨了柠檬酸对污泥中重金属形态的影响,并以柠檬酸为络合剂、以杭州七格污水处理厂城市污泥为研究对象,在0.8 m A·cm-2恒定电流密度条件下运行120 h,在5组柠檬酸浓度分别为0.00、0.05、0.10、0.20和0.30 mol·L~(-1)的条件下,采用自行设计的双层双阳极反应器对污泥中重金属进行电动去除和回收实验。结果显示,柠檬酸能促使污泥中大量的Zn由可还原态转化为酸可提取态,但对Cu的形态影响不大。电动处理实验中,添加柠檬酸后Zn和Cu的去除率都有明显提高,当柠檬酸浓度为0.20 mol·L~(-1)时,Zn的去除率最大达58.3%,Cu的去除率为42.4%;当柠檬酸浓度为0.10 mol·L~(-1)时,Cu的去除率最大为51.7%,Zn的去除率为46.4%。柠檬酸的最佳添加浓度为0.10~0.20 mol·L~(-1),当柠檬酸添加量超过0.20 mol·L~(-1),Zn和Cu的去除率反而会因为络合物在阳极区的沉淀而降低。     

重金属污染土壤的草酸和EDTA混合淋洗研究

采用不同浓度的草酸(oxalic acid,OX)和乙二胺四乙酸(EDTA)混合的淋洗方法研究重金属污染土壤的最佳混合淋洗方式,探讨了液固比、淋洗时间及pH对淋洗效果的影响,并分析了0.2 mol/L OX+0.2 mol/L EDTA处理前后土壤中重金属形态的变化。结果表明,采用0.2 mol/L OX+0.2 mol/L EDTA混合的淋洗法可同时去除多种重金属,且对Cu、Zn、Ni和Cr的去除率明显高于单用OX和EDTA,去除率分别为Cu 41.29%、Zn 84.73%、Ni 54.2%和Cr 66.01%。0.2mol/L OX+0.2 mol/L EDTA在液固比为5∶1、淋洗时间为4 h、pH为6时可分别达到最佳淋洗效果,且分别为Cu 62.59%、Zn 93.48%、Ni 55.95%和Cr 71.57%;Cu 50.47%、Zn 86.67%、Ni 61.53%和Cr 72.68%;Cu 44.40%、Zn 81.82%、Ni68.76%和Cr 74.93%。形态分析结果表明,0.2 mol/L OX+0.2 mol/L EDTA能较好地改变土壤中重金属形态的分布。     

山东省城市污水处理厂污泥重金属污染特征及风险评价

采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和原子吸收光谱仪重点研究了山东省城市污水处理厂污泥中重金属Cu、Cd、Ni、Pb、Mn、Zn和Cr的污染特征,并对其做了潜在生态风险评价。结果表明:(1)山东省城市污水处理厂污泥呈现高有机质、高氮、高磷和高钾的特点,具有较好的利用价值。(2)污泥中的Mn占重金属总量的质量分数最高,Zn、Cu和Cr占重金属总量的质量分数较高,Cd占重金属总量的质量分数最低。不同城市的重金属浓度大体表现为淄博市济南市枣庄市青岛市烟台市。(3)污泥中生态危害指数最高的重金属为Cu、Cd和Ni;污泥中重金属的复合生态危害指数表现为淄博市济南市枣庄市青岛市烟台市,淄博市和枣庄市城市污水处理厂污泥的重金属潜在生态风险均为中等,其余城市的重金属潜在生态风险均为轻微。Cu和Cd是污泥重金属潜在生态风险的主要贡献因子。(4)对重金属进行主成分分析,第1主成分主要反映了Cu、Ni和Cd的富集程度;第2主成分主要反映了Pb的富集程度;第3主成分主要反映了Zn和Mn的富集程度。     

微生物硫氧化-硫还原回收垃圾焚烧飞灰中Cu和Zn

利用正交实验确定了飞灰中重金属生物淋滤浸出的最佳条件:pH 4.0、飞灰固体浓度1%和硫粉添加量5 g·L~(-1)。在此条件下,飞灰中Cu、Zn、Pb和Cd的去除率分别为47.3%、72.9%、12.4%和75.8%。通过氮气吹脱硫酸盐生物还原产生的H_2S,在pH为2.2和4.0时可分别以硫化物沉淀形式选择回收生物淋滤产生的淋滤液中的Cu和Zn。X射线能谱分析发现,沉淀得到的铜和锌纯度分别达90.6%和99.9%。X射线衍射分析铜沉淀的晶体类型主要为靛铜矿(CuS)、蓝辉铜矿(Cu_7S_4)和雅硫铜矿(Cu_9S_8);锌沉淀主要为纤维锌矿(ZnS)。综合分析,微生物硫氧化-硫还原可以以纯净硫化物形式回收飞灰中47.3%的Cu和64.0%的Zn。     

生物沥滤去除污泥、土壤和底泥中3种重金属比较研究

以硫酸亚铁为底物,对城市污泥、土壤和河流底泥进行生物沥滤实验,探讨了污泥、底泥和土壤在沥滤过程中重金属的去除效果和化学形态转化规律,了解当地土壤在酸化条件下重金属的释放过程,并对三者的研究结果进行比较分析。结果表明,污泥生物沥滤对重金属(Zn、Cu和Pb)的沥滤的沥滤效果较佳(去除率75.45%、63.12%和40.96%)。沥滤过程中,重金属Cu在生物沥滤中期(3~5 d)沥出效果较好,而Zn和Pb则在沥滤后期(5~9 d)。同一重金属在不同沥滤体系中的形态变化过程差异较大,沥滤后的污泥、土壤和底泥中的重金属大部分呈现稳定状态。     

黄石市冬/春季大气PM_(10)中重金属形态特征研究

采用三级序列提取程序分离黄石市黄石港区、西塞山区、大冶市、阳新县PM10中的不同形态重金属,并使用电感耦合等离子体质谱对分离后液体中8种重金属(Cu、Cd、Zn、Cr、As、Pb、Ni、Co)的含量进行测定。同时,将传统金属生物有效性系数(k)进行加权,从而以重金属生物有效性综合系数(K)直观表征4个区域空气PM10中重金属对人体健康的危害程度。结果表明:(1)As为黄石市主要重金属污染物,冬季西赛山区As的质量分数为85.5%。(2)黄石港区PM10中冬季Cu、Zn、Cd、Pb和春季Cu、Cr、Pb,西塞山区PM10中冬季Cu、Zn、Cd、Pb、Ni、Co和春季Zn、Cd、Cr、Pb、Ni、Co,大冶市PM10中冬季Cu、Zn、Pb、Ni和春季Cd、As、Pb,阳新县PM10中冬季Zn、Cd、As、Pb和春季Zn、Cd、Pb,其k均大于0.2,对当地居民的健康存在潜在风险或风险。综合评价,阳新县冬季和大冶市春季的大气重金属污染较严重,其K分别为0.544和0.340,对人体健康风险较大。     

氧化硫硫杆菌JJU-1生物淋滤去除污泥中的重金属

将前期分离得到的嗜酸性氧化硫硫杆菌JJU-1(Thiobacillus thiooxidans JJU-1)接种于污水处理厂污泥中,进行为期7 d的生物淋滤实验,对淋滤过程中的pH值、氧化还原电位(ORP)和重金属去除率进行检测。研究结果表明:氧化硫硫杆菌JJU-1不同接种量处理浸出液的pH下降幅度不同,当接种量为15%时,浸出液pH下降最快,其ORP达到最大值(444m V),Cu、Cd和Pb的去除率分别高达79.2%、96.6%和93.4%。添加能源物质S可以明显降低淋滤液的pH,当能源物质S投入量增加到12 g·L~(-1)时,淋滤7 d后,浸出液的pH下降至1以下,浸出液的ORP在S添加量为16 g·L~(-1)时达到最大值(477 m V),20 g·L~(-1)S粉添加量条件下,Cr、Cu和Pb的去除率最大,分别为98.8%、74.3%和85.8%;然而,添加能源物质S对Cd的浸出无明显影响。以上研究结果表明,氧化硫硫杆菌JJU-1在去除污泥中重金属方面有着广阔的前景。