城市污泥中重金属的去除及稳定化技术研究进展

降低城市污泥中重金属含量及其生物有效性是污泥土地利用中的关键问题。介绍了城市污泥中重金属的含量和化学形态分布,重点阐述了重金属的稳定化及去除方法,包括堆肥处理、化学溶液清洗法、生物淋滤法和电动修复等。     

污泥中重金属的存在形态和处理方法研究

由于污泥中的重金属含量比较高,且大多数未进行无害化处理,只能进行露天堆放,极易造成二次污染,因此污泥中的重金属已成为限制污泥资源化应用的主要因素。文章通过介绍污泥中重金属的污染现状和重金属存在形态的划分,在此基础上对目前常用的四种污泥中重金属的处理方法(化学法、生物淋滤法、动电处理法和植物修复法)进行了综述,并比较了不同方法之间的优点与不足,并提出了新的展望。     

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.     

污泥中重金属污染程度和生态风险评估优化

重金属是城市污水处理厂污泥中的一种典型无机污染物。对重金属污染程度和生态风险的准确识别对于污泥的安全处理或处置至关重要。目前,有关污泥中重金属污染程度和生态风险的评估方法主要包括2种:总量因子法和形态因子法,但各方法之间缺乏统一的分类等级。此外,有关污泥中重金属污染程度和生态风险评估的总量因子法和形态因子法不够完善。该研究首先在参考河流底泥和土壤中重金属污染程度和生态风险评估研究成果的基础上,进一步完善污水处理厂污泥中重金属污染程度和生态风险评估方法,并建立统一的分类等级。然后,以南昌市4个主要污水处理厂污泥为研究对象,应用上述建立的方法对污泥中重金属的污染程度和生态风险进行评估。最后,依据评估结果对总量因子法和形态因子法之间的关联性和一致性进行探讨。研究结果表明:在评估Cu、Zn、Ni和Cr单一重金属污染程度时,总量因子法和形态因子法呈现显著正相关和较高的一致性;在评估Zn和Ni单一重金属生态风险时,总量因子法和形态因子法呈现显著正相关和较高的一致性;在评估重金属综合污染程度和生态风险时,总量因子法和形态因子法呈现正相关和较高的一致性。该研究的开展将进一步为污水处理厂污泥中重金属的污染程度和生态风险评估提供理论参考,与此同时可为南昌市污水处理厂污泥中重金属的污染风险管理提供数据支撑。     

污泥堆肥化过程中重金属Cu、Zn、Cd的生物有效性研究

向城市污泥中添加木屑调节C/N比,进行好氧堆肥化处理,研究堆肥化过程中污泥重金属Cu、Zn和Cd形态的分布变化,分析堆肥化对重金属Cu、Zn和Cd的钝化效果以及钝化所需时间。结果表明:实验污泥经过54 d堆肥化后,污泥中重金属Cu、Zn和Cd的形态结构分布都发生了明显的改变,且它们的可交换态比例明显减少;Cu和Cd的不稳定态含量明显降低,Zn的不稳定态变化不显著,但堆肥化对重金属Cu、Zn和Cd都具有钝化作用,且钝化Cu、Zn与Cd所需的堆肥时间分别为18,6,26 d。总体而言,堆肥化有利于这3种重金属中生物有效性高形态的向低的转化,有利于堆肥污泥作为肥料的资源化利用。     

电镀污泥热处理过程中重金属Cu、Ni的迁移与形态变化

电镀污泥是一类含有大量有害重金属的危险废物,其安全处置和资源化一直是人们关注的热点.采用热处理法(200℃,400℃,600℃,800℃)对某电镀污泥进行处理,利用改进的BCR顺序浸提法考察了不同温度处理后电镀污泥中铜和镍的赋存形态.结果表明:热处理可有效实现电镀污泥的减量化(最高可达27.82％),铜和镍呈现出富集效益,残留率分别为79.65％ ～ 96.70％和54.32％ ～ 84.62％;形态分析表明,热处理可有效降低重金属的生物可利用性形态含量,使其由非稳定态向稳定态的转化.     

无机盐对城市污泥堆肥处理中重金属Pb和Zn的形态影响研究

以沈北新区虎台镇污水处理厂剩余活性污泥作为研究对象,采用Tessier顺序浸提法浸提污泥中的重金属Pb和Zn,对其在堆肥过程中不同形态的变化规律以及无机盐对重金属稳定态的影响进行研究。结果表明:污泥中重金属Pb和Zn的含量均符合国家相关控制标准(GB 18918-2002和CJ248-2007);堆肥处理明显改变了污泥中重金属的形态分布,Pb与Zn的可交换态分别降低了31.15%和14.14%,残渣态分别增加12.79%和16.35%,显著地降低了重金属的生物有效性;分别向污泥中加入不同无机盐后堆肥,其重金属含量均有向稳定态转变的趋势。其中,加入碳酸铵的样品转变率最高,Pb与Zn的稳定态含量最高可达83.95%与81.13%。     

生物浸沥去除污泥中的重金属

结合国内外最近的研究进展 ,对一种新兴的能够经济有效的去除污泥中重金属的方法 -生物浸沥作一些介绍 ,包括重金属在污泥中的存在形态、生物浸沥的机理、影响生物浸沥过程的一些因素等     

超临界水气化处理对脱水污泥中重金属环境风险的影响

为探究超临界水气化前后脱水污泥中重金属的变化及生态风险,从重金属(Ni、Cu、Zn、Pb、Cr)的含量、化学形态分布及浸出毒性等多方面出发,利用地层累积指数(Igeo)、潜在生态风险指数(RI)和风险评估指数法(RAC)对江苏地区10种不同种脱水污泥超临界水气化前后重金属的环境生态风险进行综合评价.结果表明:不同污水厂脱水污泥经超临界水气化处理后,绝大部分污泥中重金属浸出毒性和生物可利用组分重金属含量明显降低,即处理后重金属的直接环境风险大大降低.不同重金属含量的脱水污泥经超临界水气化处理后,重金属环境污染程度及潜在生态风险程度显著降低,环境风险值被降至相对安全水平,对环境表现出低风险或无风险.p H值在一定程度上影响处理后污泥中重金属的环境风险.超临界处理时,污泥的p H呈现酸性时会引起反应釜腐蚀,从而导致固相残渣中Ni、Cr的生物可利用组分含量增加,当p H呈现碱性时则更利于重金属以稳定形态富集到固相产物中.     

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。     

生石灰在污泥重金属钝化中的应用

城市污水处理厂的剩余污泥中含有很多对环境有害的重金属,如何降低这些重金属的析出风险,是污泥土地利用前必须解决的关键问题之一。通过BCR提取法分析了生石灰投加前后污泥中重金属的形态分布。结果表明,生石灰能钝化污泥中的重金属,明显降低污泥中不稳定态重金属的含量。     

不同污泥焚烧残渣的重金属稳定性

本文对污泥焚烧残渣中重金属总量、形态分布及浸出毒性进行了试验研究,对比分析了厌氧消化污泥与未消化污泥焚烧残渣中Cd、Pb、Cr、Zn的浸出稳定行为,结果表明:厌氧消化污泥焚烧残渣中重金属Cd、Pb、Cr、Zn的含量明显低于未消化污泥;污泥经焚烧处理后,重金属的存在形态总体上都是从不稳定态向稳定态转移,这一趋势厌氧消化污泥更为明显;在重金属浸出方面,只有未消化污泥在600℃焚烧5 min1、5 min的残渣中Cd的浸出浓度高于标准允许值1 mg/L,其余均低于标准值。     

电镀污泥焚烧残渣中的Cu、Ni形态分析

电镀污泥的安全处置治理和资源化利用已成为研究热点,采用改进的BCR和Sposito顺序浸提法考察了不同温度(200,400,600,800℃)焚烧电镀污泥残渣中重金属Cu、Ni的赋存形态分布特征。结果表明:焚烧处理具有显著的减量化效应,重金属铜的残留率为98.6%～90.3%,高于镍(88.6%～76.3%),残渣中的Cu、Ni重金属呈现出富集效应。形态分析表明,随着焚烧温度的提高,生物可利用性形态含量呈现下降趋势,实现了不稳定态向稳定态的转化。     

污泥干化使重金属形态变向稳定的原因分析

在模拟条件下对不同类型污泥进行连续干化,研究了不同干化温度下污泥重金属存在形态的分布特征.同时,通过测定污泥含水率、密度、温度和电导率等物性参数,分析了污泥干化过程重金属形态向稳定态转变的原因.结果表明,污泥中重金属存在形态的分布特征因污泥类型及来源不同而具有明显的差异;污泥干化过程可以使酸溶态、可还原态和可氧化态重金属向残渣态重金属转变;干化过程中污泥物性的改变和部分有机质和硫化物的分解是引起污泥重金属存在形态发生变化的主要原因.研究结果对于深入了解污泥中重金属的环境地球化学行为具有重要的理论意义,同时还可为污泥无害化、减量化和资源化的最终处理提供科学依据.     

七道湾污水厂污泥重金属形态特征研究

采用Tessier连续提取法对乌鲁木齐七道湾污水厂夏季和冬季污泥中的Cu、Zn、Pb、Cd进行了含量和形态分析,研究了污泥中重金属的生物有效性。结果表明:该污水厂污泥中重金属含量Zn>Cu>Pb>Cd,4种重金属含量均低于污泥农用污染物控制标准限值。Cu、Zn、Pb主要以残渣态和有机结合态形式存在,Cd主要以残渣态、铁锰氧化态和碳酸盐结合态形式存在。Zn、Cu的生物不可利用态含量高,所占比例在60%以上,对污泥农用有利,Pb、Cd两种元素的生物有效态和潜在有效态之和所占比例在50%以上,有较强的生物可利用性,在污泥农用时存在一定潜在风险。     

市政污泥热解过程中重金属迁移特性及环境效应评估

以昆明某市政污泥为原料,研究生物炭制备过程中重金属Fe、Zn、Mn和Ni的迁移特性,并基于其潜在环境风险确定污泥基生物炭制备的最佳热解温度.本实验选择总量较高的4种重金属Fe、Zn、Mn和Ni,采用BCR提取法测定不同热解温度下4种重金属的形态和含量变化,得到各金属的形态分布变化规律和迁移路径,利用潜在生态风险指数（PERI）和风险评估代码（RAC）对污泥基生物炭进行环境风险评估.结果表明,4种金属的易挥发程度排序为Zn > Mn > Fe > Ni,4种金属形态分布情况和变化规律各不相同,但迁移路径具有共通性.在低温热解阶段,不稳定形态向稳定形态转化;随着温度的升高,可氧化态和残渣态逐步分解破碎,部分逸散到大气中,部分形成可还原态.在环境风险评估方面,高温条件（>500℃）下制备的生物炭环境风险较低,500℃制备的生物炭经济性最好.     

剩余污泥重金属污染现状及其治理技术

概述了城市污水处理厂剩余污泥中重金属的污染现状,并总结分析了剩余污泥中重金属的治理技术,介绍了污泥重金属的稳定化技术（钝化作用、固化作用、微波固定化作用）以及重金属污染物的去除技术（化学方法、电动修复技术、生物浸滤、植物修复法）。对这些技术的原理以及研究情况进行了综述,并对其技术的特点进行分析,可为污泥重金属污染治理提供理论依据。     

市政污泥改良沙土重金属污染水平与风险评价

该文以北京市密云区某污水处理厂污泥为研究对象,采用ICP-MS和BCR四步提取法对污泥中7种重金属含量和形态进行实验分析,在污泥和沙土重金属含量的基础上,以污泥改良沙土为目的,开展污泥的重金属污染水平以及施用于沙土的潜在生态风险评价。根据结果可知,7种重金属的含量从高到低分别为ZnCrCuPbNiAsCd,非残渣态占比最多的重金属元素为Zn和Cu,占比超过80%,残渣态占比最多的重金属元素为Pb,占比超过70%;7种重金属的综合污染水平为警戒线范围,以1∶1比例施用于沙土的综合潜在生态风险属于低风险等级。建议施用时结合重金属的赋存形态分布情况,降低污泥施用比例以及对非残渣态为主的重金属采取稳定固化处理等措施。     

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.     

固化污泥中Cu、Zn形态的转化及对浸出毒性的影响

污泥经过固化处理后,能稳定其中的重金属,降低其浸出毒性,减少对环境的二次污染。但固化污泥中重金属的潜在毒性与其形态有着紧密的联系,仅仅通过浸出毒性指标不能全面反映固化污泥中重金属的潜在污染。通过Tessier五步浸提法分析污泥固化前后、不同固化材料掺入量对重金属形态的影响,并对其形态与浸出毒性进行对比分析。研究结果表明,污泥固化后Cu、Zn的有机结合态变化最大,一般情况下Cu、Zn的浸出毒性指标均不能全面反映其潜在毒性。