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。     

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。     

污泥与煤、木屑燃烧过程中重金属排放特性研究

为了考察燃料燃烧过程中重金属的迁移转化规律，对污泥、煤与木屑及其混合物在不同温度下氧气中燃烧灰渣中的重金属元素进行分析。结果表明，燃料中重金属在高温燃烧时表现出不同的挥发特性，大部分元素随着温度的升高挥发率增加，其中Cd、Pb和Zn元素挥发性较强，Cr、Cu和Ni挥发性较弱。污泥与木屑混合燃烧灰渣仍以污泥灰为主，重金属含量与污泥灰相近，污泥中混入煤后使灰中大部分重金属含量有所降低。燃烧过程会改变重金属存在形态，污泥与煤原料中以酸溶态和可还原态存在的重金属含量较高，具有较强的生物有效性和迁移性，而燃烧灰渣中酸溶态和可还原态含量显著下降，混合燃烧灰渣中除As外的其他重金属几乎全部以残渣态存在，其含量达到90％以上，焚烧过程有效降低了燃料灰渣中重金属的生物毒性。     

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。     

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。     

Fenton氧化剩余污泥过程重金属迁移及其形态变化

采用Fenton氧化处理含重金属剩余污泥,通过BCR法测定并分析了污泥处理过程各重金属形态的变化,重点考察了pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比、温度(T)和反应时间(t)5个因素对重金属迁移及形态变化的影响。结果表明,利用Fenton氧化处理剩余污泥,污泥重金属形态变化显著,且受到初始pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比和温度的影响,但反应时间的影响较小。正交实验结果显示,Fenton氧化处理污泥的最佳条件为:初始pH1、H_2O_2投加量12 g·L~(-1)、H_2O_2/Fe~(2+)比10和温度50℃,此时污泥Cu、Mn和Zn 3种重金属的弱酸溶解态含量达到最高值,分别为72.66%、90.12%和87.51%。在最佳条件时,污泥上清液中Cu、Mn和Zn含量可分别从0.08、0.263和0.01 mg·L~(-1)增加到15.08、17.49、32.74 mg·L~(-1)。研究表明,Fenton氧化污泥过程提高了污泥中弱酸溶解态重金属含量,利于重金属从固相向液相转移,从而有效降低污泥饼中重金属含量,有利于污泥脱水后的进一步处理及其资源化。     

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.     

白云石和硫酸亚铁复配对城市污泥中重金属形态分布及生物有效性的影响

以合肥市某污水处理厂污泥为研究对象,研究白云石、硫酸亚铁以及白云石和硫酸亚铁复合物作为改良剂对污泥重金属形态和生物有效性的影响,并对其钝化机理进行了初步研究。结果表明:白云石可以提高污泥pH,硫酸亚铁则降低污泥的pH,白云石和硫酸亚铁复配添加时,污泥pH变化并不显著。白云石对污泥中Cu和Cd有较好钝化作用,硫酸亚铁对污泥中As具有显著钝化作用,白云石和铁盐复配对污泥中重金属Cu、Zn、Cd和As均有显著钝化作用。白云石和硫酸亚铁处理可显著降低污泥中重金属有效态含量,其中以5%白云石和5%硫酸亚铁复配处理的效果最好,与对照相比,污泥中的有效Cu、Zn、Cd和As分别减少了59.58%、42.26%、40.93%和55.68%。SEM-EDS和Visual MINTEQ模拟结果显示,白云石中的碳酸根离子能够与重金属发生沉淀反应。盆栽实验结果显示,污泥中加入白云石和硫酸亚铁后,青菜地上部和根部重金属含量降低,地上部Cu、Zn、Cd和As最大降低程度分别为53.56%、34.51%、57.29和77.04%。     

濮阳市城市污泥成分及资源化利用生态风险评价

从濮阳市9座规模较大且运行稳定的污水处理厂采集城市污泥,对城市污泥的理化性质和重金属浓度、形态分布进行分析,并对其资源化利用的生态风险进行评价。结果表明,城市污泥呈现高有机质、高氮、高磷的特点,且重金属浓度均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的标准限值,具有较高的资源化利用价值。城市污泥中Cu、Pb、Cd、Ni、Cr、As、Hg主要以可氧化态和残渣态存在,在自然环境下较为稳定;Zn主要以酸可交换态和易还原态存在,具有较强的生物活性和迁移性。城市污泥中重金属的潜在生态风险总体较低,Cu、Zn、Cd、Hg为风险元素,其中Zn的污染程度最高,在城市污泥资源化利用时应制定相应防范措施。     

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。     

辽宁省红透山铜矿区土壤中重金属迁移特征研究

采用柱淋溶实验模拟辽宁省红透山铜矿区土壤中重金属的淋溶迁移特征,研究了淋溶液pH、电导率(EC)和重金属含量的变化及其相关性,分析了重金属在淋溶前后的总量和形态变化,并初步探讨其生态与健康风险.结果表明,在1～3次淋溶中,淋溶液pH迅速下降,土样中的部分酸性物质被快速溶出,在第3次淋溶之后,淋溶液pH缓慢上升；淋溶初期淋溶液EC大幅度、迅速降低,此后随着淋溶次数的增加EC缓慢降低；Fe、Mn、Cu、As、Cd均能从土样中溶出进入淋溶液,其中Fe、Mn、Cu、As的溶出主要在淋溶初期,而Cd除了在初期有所溶出外,在淋溶后期还存在二次溶出释放阶段；淋溶后土样中绝大部分重金属总量均有所下降,各重金属的解吸率为Cd＞As＞Fe＞Cu＞Mn＞Zn,其中以Cd、As含量下降最为明显,而Zn基本未溶出；淋溶前后土样中重金属的活性态(弱酸提取态(BCR-1)、可还原态(BCR-2)、可氧化态(BCR-3))含量发生了不同程度的变化,Fe的活性态含量在淋溶后变化很小,Mn、As的活性态含量在淋溶后有所上升,而Cu、Cd的活性态含量在淋溶后有所下降；随着淋溶的进行,土壤中各重金属的赋存形态发生了一定变化,从而可能引起其生态与健康风险的改变.     

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。     

EDTA/纳米羟基磷灰石联合修复重金属污染土壤

土壤淋洗可能导致残留重金属活化,采用淋洗/钝化联合修复重金属污染土壤可在一定程度上减少这一影响。研究了EDTA淋洗、纳米羟基磷灰石钝化及两者联合修复对土壤重金属洗脱率、TCLP浸出浓度、化学形态分布的影响,构建了涵盖土壤重金属残留量、生物有效性和生理毒性的环境风险评价方法,对淋洗、钝化及其联合修复进行了评价。结果发现,EDTA淋洗对Pb和Cu的洗脱效果较好,对Zn浸出浓度的削减率较高。当EDTA投加量为2 g·L~(-1)时,Zn的浸出浓度降低了70.40%。纳米羟基磷灰石对Pb和Zn具有较好的钝化效果,对Cu和Cd的钝化作用相对较弱。当纳米羟基磷灰石投加量为2%时,Pb浸出浓度削减率高达89.65%。淋洗/钝化联合修复大幅度降低了Pb和Cd的浸出浓度,降低了可还原态Cu残留量、可还原态和残渣态Cd残留量,以及弱酸提取态和可还原态Zn、Pb残留量。当EDTA和纳米羟基磷灰石投加量分别为1 g·L~(-1)和1%时,土壤重金属总环境风险削减率达到74.12%。EDTA对土壤中Cu和Cd的洗脱效果较好,后续钝化修复作用有限,Pb和Zn则可通过淋洗/钝化联合修复大幅度提高削减环境风险削减率。     

长沙市夏季大气颗粒物中重金属的形态及其源解析

对长沙市高开区、经开区、开福区以及马坡岭4个采样点夏季的大气颗粒物(TSP)浓度以及颗粒物中的重金属元素Cu、Zn、Mn、Pb和Cd的浓度和形态分布进行了研究分析,利用污染因子(Cf)对重金属元素的可保持能力进行了评价,并利用因子分析方法(PCA)分析TSP中重金属元素的主要来源。结果显示长沙市夏季TSP平均浓度为220.7μg/m3,表明长沙市颗粒物污染较严重。TSP中重金属元素浓度大小顺序为:ZnPbCuMnCd。从形态分布来看,大约63.3%~89.0%的Cu主要存在于可氧化态(F3),而Mn在这一态中分布最少。元素Zn、Cd则主要分布在弱酸提取态,分别占了70%和35%。Pb主要分布在残渣态,大约为24%~43%。由污染因子计算可知Cu、Cd和Zn比Mn、Pb有更高的迁移性。     

生物沥滤过程中城市污泥Zn、Cu的形态转化

利用80L SBR进行了生物沥滤城市污泥实验,探讨了污泥胞外聚合物中重金属的含量变化,并对重金属Zn、Cu各化学形态之间的转化情况进行了分析.结果表明,整个生物沥滤过程中,污泥胞外聚合物中Zn和Cu含量先上升后下降,反应结束后,分布于胞外聚合物结合态中的Zn和Cu占其污泥胞外聚合物内总量的比例最高可达39.95％、58.77％.污泥胞外聚合物中松散结合态对Zn、Cu的吸附能力均强于紧密结合态;原污泥中Zn、Cu分别主要以铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态存在,沥滤结束后,污泥中Zn和Cu均以残渣态存在.     

高温堆肥与蚯蚓堆肥对城市污泥重金属形态的影响

采用高温堆肥和蚯蚓堆肥工艺，研究了城市污泥与锯末、粉煤灰或磷矿粉按不同比例混合堆肥前后重金属（Cu、Pb、Zn、Cd和As）交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态的变化。研究表明：高温堆肥和蚯蚓堆肥前后各试验污泥的重金属形态和含量呈现出不同的变化，都可以降低污泥中交换态Cu、Pb、Zn、Cd和As的含量；对于Cu和Pb，高温堆肥优于蚯蚓堆肥；对于Zn、Cd和As，蚯蚓堆肥优于高温堆肥。2种堆肥方式中，粉煤灰用量为10%的钝化效果优于20%，磷矿粉的钝化效果同粉煤灰一样。     

传统活性污泥法处理城市污水过程中重金属的变化研究

研究了污水处理厂传统活性污泥工艺不同处理工段污水和污泥中Cu、 Zn、 Pb、 Cd、 Hg和As含量变化及其在污水中的形态分布特征,进一步了解重金属在不同处理工段的去除情况.整个工艺流程污水中Hg的去除率最大,平均达76.4%,Pb的去除率最小,平均为29.7%.不同处理工段各重金属去除率差异较大,从进水到初沉池出水Zn去除率最大,平均达55.4%,其次为Hg和Cu,平均去除率分别为40.0%与34.2%;由初沉池出水到二沉池出水Cd、Hg和Cu平均去除率达36.1%～38.5%.进水、初沉池出水和二沉池出水中颗粒态Zn占其总量的比例(以质量分数计,下同)均在98.1%以上,颗粒态Hg占其总量的比例由84.1%降低到39.7%,颗粒态As占其总量的比例由11.7%上升至56.5%.初沉池污泥、曝气池活性污泥和脱水消化污泥中Zn含量最高,初沉池污泥中Cd含量最低,曝气池活性污泥和脱水消化污泥中As含量最低.脱水消化污泥中Zn、Cu、Pb和Cd含量高于初沉池污泥和曝气池活性污泥,Hg和As含量低于初沉池污泥而高于曝气池活性污泥.大部分Zn和Pb在初沉池中被除去,大部分Cd在二沉池中被除去,Hg和Cu在初沉池与二沉池中的去除效果相当.     

氧化亚铁硫杆菌对电动力处理城市污泥中重金属影响研究

分析了氧化亚铁硫杆菌对污泥中重金属形态及对电动力处理污泥中重金属的去除率影响.氧化亚铁硫杆菌处理后的污泥,pH值降低,部分重金属从稳定态转化为可溶态.经氧化亚铁硫杆菌预处理后的泥样和未经预处理的泥样,在同样条件下用电动力处理,处理结果为:预处理后Cd的去除率从61.85%上升到72.54%,Cu从34.26%上升到63.51%,Zn从65.06%上升到7L 22%.预处理对Cu的影响比Cd、Zn大得多.用电动力处理Cu超标污泥中重金属时,将污泥先用氧化亚铁硫杆菌预处理,可有效地提高其去除效果,处理后的污泥有利于农用.     

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%.     

不同粒径垃圾焚烧飞灰金属形态分布比较研究

研究了华南地区某垃圾焚烧厂的除尘器飞灰的化学组成和粒径分布,并采用分级提取法对不同粒径飞灰中的重金属化学形态进行了研究。同时比较了华南、华东、西南地区以及台湾地区垃圾焚烧飞灰的筛下累积分布和不同粒径飞灰中各重金属组成。结果表明,飞灰的组要成分为：CaO、SiO2和SO3等;各地区75%的飞灰粒径都主要集中在38.5～75μm。华南地区各粒径飞灰中挥发性金属（Zn和Pb）含量明显高于其他金属。除Ni和Cr外,Cu、Zn、Pb和Cd含量随粒径减小呈先减少后增大的趋势。华南地区Cu、Zn、Ni、Cr、Pb和Cd的含量均高于其他地区（台湾地区除外）。Cu、Zn和Cd的弱酸提取态和可还原态含量较高。高于40%的水溶态Pb表明其对环境有较大潜在危害;40%Ni和Cr主要以残渣态存在,对环境的潜在影响较小。