生物淋滤技术对城市污泥中高浓度重金属的去除

实验以单质硫粉作为能源基质,考查了生物淋滤技术针对城市污泥中高浓度重金属的去除效果,探讨了生物淋滤处置前后污泥中重金属的形态变化规律。结果表明,生物淋滤技术能够有效去除污泥中的高浓度重金属。在硫粉投加量为4 g·L~(-1)、HRT为5 d、污泥回流比为50%、污泥浓度为4%、温度为30℃的条件下,生物淋滤系统pH值可降低至1.5左右,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni分别可降低至400、400、900和200 mg·kg~(-1)左右,达到了《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T 362~(-2)011)标准重金属限值。生物淋滤处置后,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni均主要以稳定形态存在,环境风险较低,为进行土地利用奠定了物质基础。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

混合质电镀污泥中金属分离富集与分质回收研究

对混合质电镀污泥进行了湿法分离和金属回收研究,拟采用硫化分离富集—分质回收的工艺路线实现重金属的全组元回收。结果表明,在常温下采用分段硫化可以实现电镀污泥中Cu、Ni、Zn、Cr的分离与富集,在控制pH为3.8时,浸出液中Cu、Ni、Zn的硫化沉淀率均大于98%,Cu、Ni、Zn与Fe、Cr取得了较好的分离,在pH为4.1时,Cr与Fe取得了较好的分离效果,Fe的硫化沉淀率达到了93.35%,Cr最终在铬泥中得到富集;富集了Cu、Ni、Zn的硫化渣和富集了Cr的铬泥容易实现金属的分质回收;对重金属含量较低的混合质电镀污泥,采用硫化分离富集—分质回收的工艺是可行的,可将Cu、Ni、Zn、Cr等重金属予以全组元回收,同时处理后废渣可作为一般工业固废进行处理。     

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%.     

施用污泥堆肥对草莓生长及土壤重金属的影响

通过施用污泥堆肥盆栽种植草莓,研究施用不同比例(0%、5%、10%和20%)的城市污泥堆肥对土壤及草莓果实重金属含量的影响以及土壤重金属生物有效态的变化,为污泥堆肥在农业利用方面提供相关理论支撑。实验结果表明:不同污泥堆肥施用比例处理草莓产量大小顺序为:5%0%(CK)10%20%(死亡),污泥堆肥施用比例为5%时,草莓果实的产量(鲜重)达最大值每株5.34 g,高出CK处理32.32%。施肥土壤中的重金属Cu、Zn、Pb、Cr和Cd等含量均随污泥施用比例的增加而呈差异显著水平增加。对比2015年1月27日和3月24日2次采摘的草莓果实重金属含量,第二次采摘的果实Cu、Zn含量比第一次采摘的果实含量有不同程度的增加,而Pb、Cd和Ni含量有不同程度的降低。在污泥堆肥施用比例为5%时,施肥土壤以及草莓果实中的重金属含量均未超过国家相关标准。种植植物后施肥土壤中重金属Cu和Zn的生物有效态增加,重金属Pb、Ni的生物有效态降低。因此,适量施用污泥堆肥能有效增加草莓产量,5%的施用比为草莓种植的最佳施肥比例。     

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。     

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。     

Fenton氧化联合人工湿地处理污泥中的重金属

针对单独应用Fenton氧化技术处理污泥的不足以及人工湿地在处理污水污泥方面的优势,以污水处理厂污泥浓缩池中含重金属污泥为对象,研究其依次经过Fenton氧化和人工湿地处理后重金属的去除效果及形态变化,以及污泥pH、TN和TP的变化情况。结果表明,Fenton氧化提高了污泥重金属的生物有效性,并促进了人工湿地对重金属的去除。Fenton氧化污泥经人工湿地处理后,Cu、Zn、Ni和Mn的去除率分别为67.2%、79.7%、37.0%和17.0%,与对照相比重金属的平均去除率提高了27.5%。经人工湿地处理后Fenton氧化污泥和原污泥重金属的生物有效性均降低。Fenton氧化污泥pH为4.4~4.6,经人工湿地处理后为6.2~7.1。人工湿地对Fenton氧化污泥和原污泥中TN的影响较小,而对TP表现出较高的去除率,2系统TP的去除率分别为51.1%和45.5%。     

用通用浸提剂Mehlich 3研究城市污泥重金属生物有效性

采用Mehlich3(M3)通用浸提剂对经稳定化处理的城市污泥中重金属元素Cd、Cr、Pb、Ni、Zn、Cu的有效态进行提取,同时进行了小麦盆栽试验,将M3通用浸提剂浸提所得的重金属元素有效态含量与该元素在小麦幼苗茎叶和根系中的元素的富集量进行相关分析.结果表明,城市污泥中不同元素的有效态含量明显不同.M3提取的有效态Cd、Cr、Cu与幼苗茎叶富集Cd、Cr、Cu极显著相关,但Pb、Ni、Zn的有效态含量与植物茎叶富集量相关性不明显,主要原因可能与元素从植物根系向茎叶迁移能力有关.M3提取的污泥中重金属的有效态含量与小麦幼苗根系富集的重金属元素的含量呈现显著的相关性.因而M3可用于污泥中重金属元素潜在的生物有效性评价.     

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.     

鼠李糖脂对剩余污泥中铜和镍的去除

采用批次淋洗的方法研究了鼠李糖脂浓度、pH、淋洗时间、提取次数以及重金属形态对剩余污泥中Cu和Ni去除效果的影响。结果表明,随着鼠李糖脂浓度的增加,2种重金属的去除率增加,且鼠李糖脂在碱性条件下对Cu和Ni的去除效果较好,最高去除率可分别高达80.77%和46.74%;随着振荡时间和提取次数的增加,Cu和Ni的去除率随之增加,并明显高于去离子水的提取;对污泥重金属形态进行分析发现,鼠李糖脂能有效去除酸提取态的Cu和Ni。研究结论可为剩余污泥的资源化而产生重金属安全隐患问题提供解决的参考方案和奠定理论基础。     

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。     

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。     

丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用

利用氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)对采自株洲霞湾港底泥中的Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属进行生物淋滤实验,在实验中加入丝状菌考察其对重金属去除效果的影响。结果表明,丝状菌可以有效抑制低分子量有机酸对A.f的毒害作用,促进各种重金属的去除。当加入10%(体积比)的丝状菌后,生物淋滤过程中系统pH值在5 d内降低到2以下,Fe2+在4 d内完全氧化。经过10 d的处理,Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属的最高去除率分别达到76.3%、92.5%、52.6%和88.5%,与不加入丝状菌的处理相比,达到最大去除率所需的时间缩短1~2 d,4种重金属中,丝状菌的加入对Pb的去除促进作用最为明显,其去除率增加1倍左右。因此,在生物淋滤处理重金属-有机物复合污染底泥工艺中接入丝状菌对处理效果有很好的促进作用。     

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。