细胞冻融破碎对城市污泥中重金属浸出浓度的影响

利用反复冻融的方法对污泥细胞进行破碎,考察处理前后污泥重金属的浸出浓度和形态分布的变化,并通过扫描电镜和红外光谱分析污泥中微生物细胞形貌和有机化合物含量的变化.结果显示,经过细胞破碎处理后,污泥中重金属的浸出浓度增大,锌、镍、铬、镉和铜的浸出浓度比原始污泥分别增加了9.7%、5.1%、25%、9%和50%.不稳定态增加,锌和镍的不稳定态分别增加了20.4%和37.9%,锌、镍、铬和铜的有机态分别减少了4.2%、8.2%、1.2%和5.1%.细胞发生了形貌上的变化,细胞体破碎程度严重.细胞EPS以及污泥中的蛋白质、羧酸、多聚糖等有机基团含量明显减少.细胞破碎后污泥浸出浓度增加的主要原因是污泥中有机态的重金属转化成了其他不稳定态的重金属.     

石灰干化污泥稳定后土壤中Pb、Cd和Zn浸出行为的研究

以人工制备Zn、Pb、Cd污染土壤为研究对象,采用城市污水处理石灰干化污泥作为稳定剂,对污染土壤进行稳定化处理,并采用TCLP、SPLP、去离子水浸提和优化的BCR连续提取法对稳定化效果进行分析和评价.结果表明,单独使用石灰干化污泥,TCLP浸出浓度随着干化污泥质量分数的增加而显著减少,干化污泥的质量分数为40%时,稳定化率最大为Zn-99.54%、Pb-99.60%、Cd-99.85%.SPLP和去离子水浸出评价稳定效果时,Pb和Zn在加入质量分数10%和20%的干化污泥时浸出明显降低,但在加入30%和40%时由于在强碱条件Pb和Zn会再溶出,导致稳定效果变差.为了恢复植物生长功能,经过FeSO4和H3PO4调节pH后,石灰干化污泥稳定过的土壤pH有效降低,同时FeSO4和H3PO4有利于促进Pb和Zn的稳定效果.经稳定化后,土壤中的重金属可交换态降低,限制了土壤重金属的迁移.该研究结果表明石灰干化污泥可以再利用,应用于重金属污染土壤的稳定化修复中,并能改善稳定后土壤适宜植物生长的理化性质.     

污泥生物炭对矿区河道受污染疏浚底泥中重金属的固化效果

为研究污泥生物炭对矿区河道受污染的疏浚底泥中Cu、Pb和Cd的固化效果,以市政污泥为原料在500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合扫描电镜、FTIR和XPS等表征手段,分析污泥生物炭投加比对疏浚底泥中3种重金属形态分布和固化效果的影响。结果表明：污泥生物炭的投加可提高疏浚底泥中重金属的稳定化形态,投加比为1.0%时,疏浚底泥中Cu、Pb和Cd稳定态(可氧化态和残渣态)占比分别提高了37.7%、42.9%和42.4%。污泥生物炭主要通过络合反应和沉淀作用固化重金属,经污泥生物碳固化后,底泥中Cu、Pb和Cd的浸出浓度分别由处理前的0.8763,0.0574,0.0185 mg/L降低到0.2527,0.0106,0.0013 mg/L,浸出浓度低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准限制,处理后的疏浚底泥可进行资源化利用,基本不会产生重金属二次溶出的风险。     

米糠与氧化钙、过磷酸钙联用钝化Pb污染土壤

研究了生物质材料米糠及其与氧化钙、过磷酸钙联用对土壤中重金属Pb的钝化作用.结果表明,向土壤中加入米糠可增大土壤pH值,增加土壤中重金属Pb的稳定性.米糠投加量每增加2%,土壤pH值增大约0.3.米糠投加量增大,Pb稳定效率也随之增大,6%米糠投加量60 d时,Pb稳定化效率达到38.06%,弱酸提取态降低28.90%.6%米糠+2%氧化钙联用、6%米糠+0.6%过磷酸钙联用均可对土壤中Pb产生较好的钝化效果,60 d时的稳定效果分别为47.36%、44.85%.6%米糠+2%氧化钙对Pb污染土壤有较好的钝化调节作用,可增大土壤pH,从而促进酸可提取态Pb向其他稳定形态转变.     

城市污泥重金属含量分析及稳定化研究

文章以乌鲁木齐市水务(集团)有限公司污水处理公司产生的城市污泥为研究对象,对该污泥中的重金属含量和赋存形态进行了分析,并以新疆地产膨润土对污泥中的重金属进行了稳定化研究。结果表明:该污泥中铜、锌、铅、铬、镉、镍的含量(以干基计)分别为700 mg/kg、900 mg/kg、400 mg/kg、198 mg/kg、2.4 mg/kg、22 mg/kg。铜、铬主要分布在可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态中,且在3种形态中均匀分布;锌主要分布在碳酸盐结合态、硫化物及有机结合态、残渣态中,其中碳酸盐态及残渣态分布较多;镉在可交换态、碳酸盐结合态、残渣态中均匀地分布,少量存在于硫化物及有机结合态中;铅在残渣态中分布最多,少量分布在可交换态中。重金属稳定化结果为膨润土投加量与干污泥质量比为1:12.5时,污泥中重金属(Cu、Zn、Pb、Cr)可达到很好的稳定效果。     

可溶性磷酸盐处理焚烧飞灰的稳定化技术

对垃圾焚烧飞灰的基本物化性质进行了分析,表明焚烧飞灰的主要元素以Ca、Cl、K、S、Si等为主,另外还含有相当数量的重金属如Pb、Zn、Cu、Mn和Cr等,且Pb、Cu、Zn、Cd等重金属的浸出毒性远高于危险废物浸出毒性标准.研究采用可溶性磷酸盐对焚烧飞灰进行稳定化处理,分别考察了磷酸盐投加量、养护时间和pH值等因素对稳定化产物的影响.结果表明:磷酸盐可以对焚烧飞灰取得很好地稳定化效果,当磷酸盐投加量为3%时,飞灰中重金属Pb、Cd和Zn的浸出浓度能够分别降低97·5%、91·6%和95·5%;养护时间对稳定化产物稳定性的影响不大;稳定化产物能够在相当宽泛的pH范围内保持稳定,其长期稳定化效果很明显.     

土壤中铅锌的稳定化处理及机制研究

本研究采用磷酸二氢钾、生石灰、氯化钾以一定比例混合,对铅锌矿区污染土壤进行稳定化处理,并通过TCLP和Tessier连续提取法对稳定化效果进行分析和评价.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对土壤进行形态和结构研究,分析稳定化机制.结果表明,P/Pb摩尔比在2~4,ω(Ca O)/ω(Soil)投加比在0.1%~0.5%,氯化钾投加量在0.02~0.04 mol时,Pb的稳定效率在80%以上,且Pb、Zn浸出浓度远低于标准限值.土壤中铅、锌的稳定化处理主要是将铅、锌从交换态转化为了残渣态,有效地限制了重金属离子的迁移.XRD和SEM分析表明,稳定化处理后形成的Ca-P-Pb沉淀、磷酸铅盐[PbHPO_4、Pb_3(PO_4)_2]、类磷氯铅矿(Pb-PO_4-Cl/OH)及混合重金属沉淀物(Fe-PO_4-Ca-Pb-Zn-OH)相互交联将重金属离子裹缚起来,形成稳定的结构,使得重金属离子难以浸出.     

污水厂污泥堆肥前后养分及重金属的变化

以污泥、稻草、木屑为材料,研究了堆肥及添加粉煤灰、磷肥、石灰等添加剂对污泥堆肥中养分全氯、全磷、全钾和重金属的影响.结果表明,污泥经堆制后全氮含量降低,全磷、全钾含量增加,而加磷肥则具有较好的保氮效果;对于重金属,经堆肥后其活性均有所降低,加入石灰提高了污泥的pH使重金属元素向无机态转化,钝化重金属的活性;酸浸出实验中,样品锌、镉、铬的浸出率受pH的影响较大,而铜和铅受pH值的影响小.由此可见,堆肥处理可以在一定程度上降低重金属活性并保持养分,从而达到农业利用的目的.     

以膨润土为辅助添加剂固化/稳定化污泥的试验研究

针对传统以水泥固化污泥,带来的水泥用量大与固化体的浸出液pH过高等问题,提出了以膨润土为添加剂辅助水泥固化/稳定化污泥的思路.通过开展无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验,测量掺入膨润土后污泥固化体的强度、重金属浸出率、浸出液COD及pH值,研究该固化/稳定化方法的效果.结果表明,膨润土的掺入极大地提高了固化体的抗压强度,将掺入量为0.4(相对污泥的质量比)的水泥一半用膨润土替代时,固化体的强度提高了6左右.体积安定性也能够满足要求.随膨润土掺入量增加,固化体中锌、铅的浸出率与浸出液的pH值呈现不断减小的趋势,锌与铅的浸出率分别由6.9%下降至0.25%,9.6%下降至5%,pH值由12.3下降至12.1.在强碱条件下及烘干或风干条件下,铜会随着有机物的分解而析出,从而增加铜的浸出率,而膨润土的加入能弥补水泥造成的强碱环境及风干或烘干过程对固化污泥中铜的稳定产生的不利影响.     

场地土壤中有效态砷的稳定化处理及机理研究

分别以生石灰和亚铁盐作为辅助剂与稳定剂对2种砷污染的土壤进行稳定化处理,通过化学浸出、形态及结构研究,揭示土壤中有效砷的稳定效率和机理.结果表明,外源铁添加量与土壤砷含量(Fe/As)的物质的量比达到6:1~8:1,CaO投加比例为0.05%~0.1%(w/w)时,土壤中有效态砷的稳定效率超过85%.土壤有效砷的稳定化处理主要是将砷从非专性吸附态和专性吸附态转化为弱结晶的铁铝或铁锰水化氧化物结合态、结晶铁铝或铁锰水化氧化物结合态.稳定处理后2种污染土均有新物相羟砷铜矿(As2Cu5H4O12)生成.     

污泥富磷堆肥前后重金属赋存形态及释放能力变化

市政污泥富含有机质和N、P等营养元素,经堆肥稳定化处理后可成为矿山废弃地复垦的良好基质,但市政污泥中含有的重金属成为限制其土地利用的主要瓶颈.以磷尾矿为辅料进行污泥堆肥处理,既可利用其中磷酸盐固定市政污泥中的重金属,又可实现磷尾矿和市政污泥的协同资源化利用.以磷尾矿渣为辅料,采用高温好氧堆肥工艺,研究污泥堆肥前后重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd和Zn的赋存形态以及不同pH条件下的重金属浸出特性,探讨污泥富磷堆肥处理对堆肥中重金属迁移转化的影响.结果表明,污泥添加磷尾矿渣经过堆肥处理,促进了重金属由不稳定形态向稳定形态转化,降低了重金属在土壤自然pH范围(6~8)内及强碱性条件下的潜在释放风险,有利于污泥的土地利用.     

广州城市污泥中重金属形态特征及其生态风险评价

分析了广州市4个不同来源的城市污水处理污泥中重金属含量,考察了污泥样品中重金属形态分布和生物可利用性,并分别利用风险评价指数(RAC)和固废重金属毒性浸出方法评价了污泥中重金属生态危害风险和浸出毒性风险.结果表明,污泥样品中Cu、Cr、Pb和Zn含量较高,不同来源污水处理污泥中重金属含量差别较大.污泥样品中重金属绝大部分以非稳定态存在,酸性污泥中可迁移的酸溶态重金属比例较高.由单一萃取结果,1 mol·L-1NaOAc溶液(pH 5.0)和0.02 mol·L-1EDTA+0.5 mol·L-1NH4OAc溶液(pH 4.6)分别对酸性和碱性污泥中生物可利用态重金属具有较好的萃取能力.污泥酸性越强,其中生物可利用态重金属比例越大.污泥中重金属的迁移能力使其处于高生态危害风险程度;重金属的生物可利用性使酸性污泥大多处于极高危害风险程度,而使碱性污泥大多处于中等危害风险水平.除城市污水处理污泥外,污泥样品中重金属具有高的浸出毒性风险,萃取重金属生物可利用态后,污泥仍具有高浸出毒性风险,但由于浸出毒性风险降低使部分污泥可进行填埋处置.     

深度脱水污泥焚烧过程中调理剂的热转化行为及其对重金属挥发的影响

采用化学热力学平衡分析方法,应用污泥实测数据模拟计算了深度脱水后污泥焚烧过程中调理剂的热转化过程及逸出产物,并预测了含Cl调理剂与CaO耦合作用对重金属迁移转化及排放的影响.研究结果表明,污泥添加单一调理剂Al_2(SO_4)_3、Fe_2(SO_4)_3、FeSO_4、AlCl_3及FeCl_3后,Fe和Al在高温下主要以Al_2O_3(s)和Fe_2O_3(s)存在,主要气态产物是HCl和SO_2.调理剂CaO和FeCl_3共存且含量增加时,焚烧过程中HCl(g)逸出过程变慢,并且Fe_2O_3(s)易于和CaO(s)作用导致Fe_2O_3(s)存在温度区间变窄.污泥未添加调理剂焚烧过程中,重金属Cd、Pb、Cr、Tl、Hg、As易于以Cd(OH)_2(g)、PbO(g)、CrO_2(OH)_2(g)、AsO(g)、Hg(g)、Tl(g)形式挥发,而Cu、Zn、Ni以其氧化物形式存在而难挥发.调理剂FeCl_3及CaO添加到污泥后,重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Hg、Tl)的分布受FeCl3的影响大于CaO,导致其形成重金属氯化物而挥发,而Cr和As与CaO作用生成CaCr_2O_4(s)、Ca_3(AsO_4)_2(s)热稳定化学物,抑制了Cr、As的挥发.当脱水污泥与含硫化物掺烧时,重金属(Pb、Cu、Zn、Ni)挥发受到Cl的影响大于S,在低温区间其主要以硫酸盐为主,在中高温区间以氯化物存在,而Hg和Tl不受硫化物影响.     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出污泥中的重金属离子

为研究氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,At. f)对污泥中重金属的浸出机制,进行了空白、直接浸出(At. f)、加亚铁浸出(At. f +Fe2+)、加亚铁和硫酸浸出(At. f+Fe2++H2SO4)4组生物淋滤实验,分析淋滤前后污泥的成分和物相变化.结果表明加亚铁和硫酸浸出淋滤后Cu、Zn、Ni、Pb和Cr的去除率可分别达到90.8%、100%、87.5%、51.6%和83.3%,高于其他3种体系;定量计算和动力学拟合结果表明,5种金属在直接-间接(加亚铁)浸出中的质量含量和速率常数(k)均高于直接浸出.EDS和XRD证实污泥浸出前后样品组分主要是C(26.2%~37.5%)、O(32.5%~45.7%)和一些无机化合物(如铝盐和SiO2),生物淋滤后会造成营养元素(P和Ca)的部分流失.此外,ICP-MS分析表明其他金属(如Cd、Fe、Mn)也能同时被溶出.基于结果分析,提出FeSO4·7H2O和H2SO4的加入有助于生物淋滤系统的启动,其中Cu、Pb、Cr和Ni主要以间接浸出为主,而Zn是直接和间接浸出共同作用.     

不同施磷量(KH2PO4)作用对Cu、Zn在红壤中的迁移转化

为了比较不同施磷量对土壤中重金属Cu、Zn迁移转化的影响,采用土壤柱进行室内淋溶实验,研究常见的磷肥磷酸二氢钾在少量5 mg·kg-1,适量15 mg·kg-1以及过量25 mg·kg-1条件下对Cu、Zn在红壤中的淋溶效应.结果表明土壤施用磷酸二氢钾降低了土壤渗滤液的pH,不同施磷量对土壤渗滤液pH影响不大,在整个淋滤过程,渗滤液pH呈现上升的趋势.磷酸盐作用下重金属Cu在土壤中的迁移主要集中表层土壤中,而Zn逐渐向深层土壤中迁移.土壤深层渗滤液中Cu、Zn浓度均比较低,对浅层地下水的危害性不大.淋滤结束后,重金属主要以残渣态存在土壤中,重金属Cu残渣态的比例为60%左右,重金属Zn残渣态比例为40%左右.高浓度磷酸二氢钾作用下有利于重金属Zn从残渣态及有机结合态向交换态转化.     

模型化研究pH对垃圾焚烧飞灰金属浸出的影响机制

浸出液pH是影响城市生活垃圾焚烧飞灰金属浸出的主要因素.通过比较pH变化浸出测试和Visual MINTEQ模拟结果,研究了浸出液pH对飞灰金属浸出特性的影响机制.结果发现,酸性条件下(Cd、Zn、Ni:pH＜8;Pb、Cu、Cr:pH＜6;Al:pH＜4),金属会随pH降低而大量溶出;两性金属Pb和Zn,在强碱性条件时浸出浓度亦会增加,pH=12.5时可分别达42和2.4 mg·L-1.飞灰中金属的pH相关浸出行为可通过Visual MINTEQ模型很好地模拟.模拟计算结果表明,浸出液pH的变化会改变金属在浸出体系中的化学形态,从而影响金属的浸出浓度;不同pH下Pb、Zn、Cu、Ca和Al的化学形态和浸出行为主要由溶解/沉淀平衡决定,吸附作用对其影响不大;在酸性至中性pH条件下,飞灰中HFO会吸附Cd、Cr和Ni而降低其溶解度,但在碱性条件下这些重金属的浸出又转而由溶解/沉淀平衡控制.     

皂角苷和柠檬酸联合去除厌氧消化污泥中重金属的研究

以武汉某污水处理厂未厌氧消化与厌氧消化的污泥(分别为S1和S2)为研究对象,通过振荡淋洗实验,研究了皂角苷(质量分数0.1%~2.0%)和柠檬酸(0~1 mol·L~(-1))联合对2种污泥中Ni、Pb、Zn的去除效果,确定皂角苷和柠檬酸联合淋洗的最佳浓度组合,并采用BCR连续提取法分析淋洗前后3种重金属的形态变化.结果表明,皂角苷和柠檬酸联合对污泥中3种重金属均有较好的去除效果,Ni、Pb、Zn的最高总去除率分别为76.02%、59.93%和15.94%.综合分析,1%的皂角苷与0.4 mol·L~(-1)的柠檬酸联合淋洗的去除效果最好,2种污泥中重金属去除率的大小均为未厌氧消化污泥(S1)厌氧消化污泥(S2).与未厌氧消化污泥相比,厌氧消化污泥Ni的残渣态、Pb的可还原态及Zn的可氧化态含量明显增加,而Ni的可还原态含量减少.联合淋洗后S1、S2中约80%的酸溶态和可还原态的Ni、Zn被去除,Pb的可还原态分别去除67.07%和58.06%;且各重金属残渣态所占比例大幅度增加,其中,Pb的增加最为明显,所占比例超过90%.     

垃圾焚烧飞灰基本性质的研究

分析了几种焚烧飞灰的基本性质,讨论了燃烧过程中可能影响飞灰中重金属分布的因素,研究表明:焚烧飞灰结构复杂性和性质多变,其主要的化学组成为Cl、Ca、K、Na、Si、Al、O等,主要的重金属为Zn、Pb、Cr、Cu等;飞灰多以不规则的无定形态和多晶聚合体的结构存在,浸出毒性一般超过危险废物鉴别标准;重金属主要以气溶胶小颗粒和富集于飞灰颗粒表面的形式存在于飞灰中.焚烧厂和焚烧时间的变化对于飞灰性质有较大影响,几种飞灰的Cl含量范围为6.93%～29.18%,SiO₂为4.48%～24.84%;浸出毒性则在0～163.10mg·L^-1(Pb)、0.049～164.90mg·L^-1(Zn)之间变化.     

全烧垃圾流化床炉飞灰制备免烧砖的性能研究

开展了水泥固化全烧垃圾循环流化床焚烧炉飞灰特性及其制备免烧砖的研究.同时,分析了飞灰的特性,研究了水泥用量对砖体抗压强度和重金属浸出毒性的影响,并对固化前后飞灰在不同p H值溶液环境下的重金属渗滤特性和基于改进RCR连续提取法的重金属形态分布进行了对比研究.结果表明:飞灰中Cd、Cu、Pb、Ni的浸出浓度分别达到1.76、60.29、5.36、1.48 mg·L-1,远超出生活垃圾填埋标准的规定,Cd、Zn、Cu的酸可交换态部分很高,分别为48%、21.26%、20.72%.水泥基材具有良好的稳定效果,添加量达到30%时,免烧砖中重金属的浸出毒性已远低于标准值.随着水泥掺量的提高,免烧砖的抗压强度呈上升趋势,当水泥比例为30%时,强度可达到12.8 MPa,35%水泥比例的砖体,其抗压强度则达到国标建筑用砖的MU15级.与原始飞灰相比,砖体中重金属在不同渗滤液p H下的浸出趋势并未改变,浸出量却显著下降,p H的适应范围变宽.另外,重金属中酸可交换态部分降至低于1%,主要转变成了可还原态,对环境的污染风险大幅降低.     

无机稳定剂对重金属污染土壤的化学稳定修复研究

研究了单独无机稳定剂和复合无机稳定剂对污染土壤中重金属的稳定化效果.实验室小试结果表明,KH2PO4和Ca(OH)2混合药剂对Zn和Cu的稳定化具有显著的协同作用,将混合药剂用于实际农田污染土壤的原位稳定化,当两种药剂用量均为0.5 kg.m-2时,Zn、Cu和Cd的稳定化率分别为41.8%、28.2%和48.4%.混合药剂对花生的生长有抑制作用,同时混合药剂能够抑制花生对重金属的吸收.