污泥屏障氧化缓冲容量与重金属再溶出关系研究

借助微生物厌氧活动特别是硫酸盐还原反应,污泥屏障可用来固定尾矿堆场重金属.针对尾矿风化淋滤形成的酸性采矿废水(AMD)与污泥之间发生的氧化还原反应导致的重金属溶出问题,通过氧化滴定实验研究了不同污泥悬液的氧化缓冲容量及其与重金属浓度的关系.结果表明,污泥悬液的氧化缓冲容量随着悬液固液比的增大略有减小,但随着悬液厌氧培养时间的延长而增加.污泥的氧化缓冲容量主要来自Eh≤-150mV的强烈还原区间,可达氧化缓冲容量的50%以上.氧化滴定过程中发现,当Eh≥-150mV时,Zn首先明显溶出;当Eh≥150mV时,Cu和Pb明显溶出.基于实验结果,建立了污泥屏障在AMD渗流条件下氧化缓冲容量消耗的数学模型.模拟计算结果表明,当AMD水头高度为10m时,厚度2m的污泥屏障经历AMD溶液38787a的渗透氧化,仍可保持原有的强烈还原状态,具备对重金属的固定效果.     

浮选药剂对铅锌尾矿中重金属微生物溶出的影响

以青海某铅锌尾矿为研究对象,采用静态试验模拟研究了4种浮选药剂对尾矿在嗜酸氧化亚铁硫杆菌协同作用下重金属铅锌溶出的影响.结果发现,除丁胺黑药外,与未添加药剂相比,随溶出时间延长,其他3种黄药的存在均导致溶出体系的氧化还原电位升高而p H值降低,影响顺序均为异丁基黄药乙基黄药≈戊基黄药丁胺黑药.黄药体系Pb、Zn累积溶出量远大于黑药体系且Zn更易溶.50d时,Pb、Zn最大溶出浓度分别为77.60、167.00mg/L,其中异丁基黄药最有利于重金属铅锌的溶出.原电池效应、Cu2+对闪锌矿的活化以及浮选药剂的水解能力差异是导致不同浮选药剂对重金属溶出差异的主要原因.尾矿残渣XRD分析表明不同浮选药剂存在体系溶出过程中生成的新物质含量有所差异.     

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.     

地层介质对垃圾渗滤液的pH缓冲性能研究

通过一维土柱穿透实验和静态实验,分别从空间和时间2方面研究了不同天然地层介质对垃圾渗滤液的PH缓冲性能.结果表明,细砂、粉砂和粘土的本底pH缓冲容量分别为79.9·pH-1 mmol/kg、207.5·pH-1 mmol/kg、456.4·PH-1 mmol/kg.受垃圾渗滤液污染后,除细砂外,随着时间的延长、离污染源距离的减小,每种介质总的pH缓冲容量都逐渐减小;其中碳酸钙缓冲体系的缓冲容量均逐渐增大;硅酸盐、阳离子交换缓冲体系的缓冲容量无明显变化;铝、氧化铁缓冲体系的缓冲容量逐渐减少,但土壤铝缓冲体系的缓冲容量则呈现出先增大后减少的趋势.细砂各个缓冲体系的缓冲容量随时、空变化均呈现出略微增大的趋势.4种介质对渗滤液的pH缓冲能力的顺序是:细砂<粉砂<粘土<土壤.土壤、粘土对垃圾渗滤液有较好的pH缓冲性能,同时对渗滤液中各种污染物的迁移,扩散也有较好的控制作用.     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究.通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制.结果表明,pH≥10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生.三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量.初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳p H值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mgCOD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(nCST)为(11.34±0.27)s·L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33) mg/L.研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力.     

淋滤技术去除剩余污泥重金属研究进展

微生物淋滤能够去除剩余污泥中的重金属,并具有成本低、效率高和改善污泥脱水性能等优点,在国内外得到广泛关注。生物淋滤法在硫杆菌等微生物的作用下,将污泥中难溶的金属硫化物氧化成金属硫酸盐溶出;而厌氧酸化淋滤作为新技术,在厌氧酸化阶段通过质子交换和非离子态金属盐溶解使重金属浸出释放,相较于微生物淋滤法无需外加药剂和前处理,具有发展潜力。对包括生物淋滤和厌氧酸化淋滤在内的国内外相关研究进行了归纳,重点介绍了污泥中重金属的存在形态,两种工艺的去除机理以及环境因素对各自淋滤效果的影响,并对淋滤技术在环境污染治理方面的应用前景进行了展望。     

铜陵相思谷尾矿用于处理酸性矿山排水的实验研究

铜陵相思谷尾矿是夕卡岩型矿床尾矿的典型代表,以富含碳酸盐为特征.为了考察该尾矿砂在AMD淋滤作用下重金属的迁移行为及用于处理AMD的有效性,研究在自行设计的动态实验柱中填充尾矿砂,在保持进水理化性质不变的条件下对其进行80 d的连续淋滤实验,实验过程中定期检测出水的成分,实验结束后对尾矿砂中元素赋存特征进行分析.结果表明,实验过程中出水pH值始终维持在7.5以上;Cu、Zn、Fe离子浓度分别保持在0.1、0.4、1 mg.L-1以下;尾矿砂的渗透系数逐渐降低,由初始的0.23 cm.s-1降至实验结束时的0.10 cm.s-1;固体中元素赋存形态分析结果表明,进水Cu2+、Zn2+主要通过2种作用被固定:Fe氢氧化物的吸持和自身沉淀(形成碳酸盐).研究发现铜陵相思谷尾矿具有较强的酸中和潜力,在中和过程中不仅不会产生重金属离子的淋滤迁移,相反会对其产生沉淀和吸附,因此,可以考虑将该尾矿作为AMD处理的有用材料进行废物利用.     

厌氧消化结合双氧水溶胞处理剩余污泥试验研究

通过实验室装置将城市污水厂剩余污泥厌氧消化后进行双氧水溶胞脱水处理,分析组合工艺对污泥脱水性能的改善效果,并探索双氧水调理厌氧消化污泥的最佳反应条件,考察脱水滤液回流与剩余污泥共同厌氧消化对滤液的处理效果,并对组合工艺的产、耗能进行了分析。试验结果表明:厌氧消化污泥在双氧水调理下脱水性能显著改善,厌氧消化过程能减少双氧水用量;双氧水调理厌氧消化污泥的最佳反应条件为:双氧水投加量0.106 m L/g(以干污泥计),p H=3,调理时间60 min,调理温度为常温;污泥溶胞脱水滤液回流处理效果良好,且对污泥厌氧消化过程无明显不良影响;厌氧消化产能不仅能够维持自身反应,还有富余能量供出。     

CFP(青色荧光蛋白)大肠杆菌用于表征好氧-厌氧反复耦合反应器细胞溶解特性的研究

构建了采用青色荧光蛋白(CFP)大肠杆菌快速示踪好氧-厌氧反复耦合(rCAA)反应器内溶胞特性的新方法.研究结果表明,rCAA反应器厌氧区域内的污泥上清液以及反应器后部好氧区域内的污泥上清液对大肠杆菌内CFP的释放具有明显的促进作用,说明这些区域的污泥上清液具有显著的溶菌作用.其中,厌氧区域污泥上清液对荧光细菌作用7h后的平均破碎率可以达到70%,且大肠杆菌胞内CFP的释放速度与初始荧光菌浓度以及污泥上清浓度有密切的关系.同时,研究结果进一步表明,厌氧区域污泥上清液具有的溶菌活性可能主要来自于污泥胞外的水解酶.     

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%.     

中温厌氧消化与高温厌氧消化对污泥重金属风险及稳定性的影响

通过分析中温厌氧消化+机械脱水以及热水解预处理+高温厌氧消化工艺过程中重金属含量与形态的变化,研究了中温厌氧消化与高温厌氧消化工艺对污泥重金属风险、形态及稳定性的影响.结果表明,中温厌氧消化工艺增加了污泥中Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的含量,重金属污染等级和潜在生态风险增强.高温厌氧消化工艺降低了污泥Cd和Cr的含量,重金属污染等级和潜在生态风险降低.其中,N厂污泥主要致污染金属为Cd和Zn,S厂污泥主要致污染金属为Cd;Cd是6种重金属风险系数最高的,是污泥潜在生态危害的最大贡献者.中温厌氧消化后,污泥中Cd、Ni、Pb和Zn的可还原态和可氧化态所占质量分数之和降低;Cd、Cr、Cu和Ni的残渣态所占质量分数降低.可见,中温厌氧消化后,污泥重金属的潜在毒性和稳定态向直接毒性转化.高温厌氧消化后,污泥Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的可交换态所占质量分数降低;Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的残渣态所占质量分数亦降低,可见,高温厌氧消化后,重金属的直接毒性和稳定态向潜在毒性转化.     

天冬氨酸和柠檬酸对污泥中重金属萃取的比较研究

以天冬氨酸作为萃取剂,研究了其对上海桃浦污水处理厂污泥中重金属的萃取性能,重点考察了萃取体系pH值对重金属萃取的影响,并在相同条件下与柠檬酸的萃取过程进行比较.结果表明,随着萃取体系pH值的升高,重金属的萃取率逐渐降低.在较低pH值时,天冬氨酸对污泥中Zn、Ni及Cu的最高萃取率均大于85%;在整个实验pH值范围内,天冬氨酸对Ni及Cu的萃取率分别达到50%和40%以上.与柠檬酸对污泥中上述3种重金属的萃取结果相比较,天冬氨酸对Ni、Cu的萃取能力更高,而对Zn的萃取能力在pH≥3.0时不如柠檬酸.     

污泥对樟子松生物量及其重金属积累和土壤重金属有效性的影响

采用盆栽试验研究了不同剂量污泥(体积分数,即污泥体积占污泥和沙土总体积的百分比,分别为:0、20%、33.3%、50%和100%)施用于风沙土条件下,污泥剂量对樟子松幼苗生物量及其对重金属的累积和土壤中重金属有效性的影响.结果表明,在养分含量低的风沙土中,施用污泥能够显著提高樟子松幼苗生物量,最适剂量为50%;污泥剂量的增加可促进樟子松植株对重金属的吸收和累积,在最适剂量(50%)条件下,樟子松植株中Cu、Cd、Pb、Zn的累积量分别是对照(不施污泥)的18.0、8.9、17.1、11.5倍;樟子松植株重金属吸收速率顺序为:ZnCuPbCd,而迁移系数顺序为:ZnCdCuPb;土壤中有效态重金属含量随污泥剂量的增加而增加,而植株收获后土壤中有效态重金属下降幅度均小于对照.     

Mobilities and leachabilities of heavy metals in sludge with humus soil

Chemical forms of Zn, Ni, Cu, and Pb in municipal sewage sludge were investigated by adding humus soil to sludge and by performing sequential extraction procedures. In the final sludge mixtures, Zn and Ni were mainly found in Fe/Mn oxide-bound (F3) and organic matter/sulfide-bound (F4) forms. For Zn, exchangeable (F1), carbonate-bound (F2), and F3 forms were transformed to F4 and residual forms (F5). For Ni, F1 and F2 forms were transformed to F1, F2, and F3 forms. Both Cu and Pb were strongly associated with the stable forms F4 and F5. For Cu, F2 and F3 forms were major contributors, while for Pb, F3 and F4 forms were major contributors to F5. Humus soil dosage and pH conditions in the sludge were strongly correlated with the forms of heavy metals. Five forms were used to evaluate metal mobilities in the initial and final sludge mixtures. The mobilities of the four heavy metals studied decreased after 28 days. The metal mobilities in the final sludge mixtures were ranked in the following order: Ni > Zn > Cu = Pb. Leaching tests showed that the mobilities of Zn and Ni in lower pH conditions (pH 4) were higher than those in higher pH conditions (pH 8).     

皂角苷和柠檬酸联合对污泥中Cu、Pb和Zn的去除及其稳定性特征

以武汉某污水处理厂的污泥为研究对象(S1和S2),通过皂角苷和柠檬酸联合振荡淋洗试验,研究不同体积比(20∶1~1∶20)、固液比(1∶20~1∶80)、淋洗时间(0~2 880 min)、淋洗次数(1~4)对污泥中重金属Cu、Pb和Zn去除的影响.分析淋洗前后各形态重金属的去除特点,并通过计算稳定性指数(I_R值)和移动性指数(MF值)探究重金属稳定性和移动性的变化.结果表明,在体积比(皂角苷∶柠檬酸)为5∶1,固液比为1∶60,淋洗时间1 440 min时,污泥中Cu、Pb和Zn的最高去除率分别可达43.16%(S1)、32.45%(S2)和38.69%(S1).增加淋洗次数对Cu和Pb的去除率有较大幅度提高,而对Zn的影响较小,尤其在2~3次淋洗后差异显著.4次淋洗后Cu、Pb和Zn的最高去除率分别为78.89%(S1)、77.08%(S2)和49.39%(S1).单次淋洗后,除酸溶态和可还原态外,污泥中其余形态的去除率均较低.增加淋洗次数,重金属的各形态去除率逐渐升高,尤其是Pb中的残渣态去除率增长明显.淋洗改变了重金属的稳定性和移动性,4次淋洗后Cu、Pb和Zn的IR值最大增长率分别为43.63%(S1)、39.44%(S2)和32.00%(S1),MF值减少30.19%~79.45%.     

广州城市污泥中重金属的存在特征及其农用生态风险评价

分析了广州7种城市污泥中Zn、Cu、Pb、Cr、Mn、Ni的含量,研究了其中5种污泥中重金属的形态特征,并利用地累积指数（Igeo）和潜在生态危害指数法（RI）对污泥农用过程中重金属的潜在生态风险进行了综合性评价. 结果表明,广州不同来源城市污泥中Cu、Zn、Mn、Ni含量较高,变化幅度较大,而Pb、Cr含量较低. 除一种污泥中Cu超标外,其他重金属基本符合国家农用控制标准（GB18918-2002）,但所有污泥中重金属含量都超过珠江三角洲耕地土壤均值.不同重金属在不同污泥中的形态分布差异较大. 其中,含工业污水污泥中Cu、Cr还原态占很大的比例,Pb、Fe主要以还原态和残渣态存在;生活污水污泥中重金属主要以可氧化态和残渣态存在,酸可交换态中Mn的比例较高,易还原态中Zn的比例较高;5种污泥中Cu、Zn、Mn潜在迁移性最强.Igeo和RI评价结果表明,污泥中Cu、Zn、Mn是潜在的强生态风险元素,污泥在农用过程中具有一定生态风险性. Igeo和RI用于污泥农用过程中重金属的生态风险评价是可行的,与其它评价方法相比较, RI能更好地反映污泥中重金属对生态环境的综合影响.     

我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征及变化规律

对由中国知网数据库和维普中文科技期刊全文数据库报道的近30年来我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征和年代变化规律进行了分析. 结果表明:近30年来城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Pb)、w(Cr)、w(As)、w(Hg)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)平均值或中位值均符合GB 18918─2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥农用时污染物控制标准限值,但数据离散且呈偏态分布. 依据GB 18918─2002,1980─1989年我国城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中有w(Cd)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)超标,90%分位值中有w(Cd)、w(Pb)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标;1990─1999年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中除w(As)外其他重金属均超标;2000─2010年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中w(Cd)、w(Cr)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标. 从年代变化看,我国城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Cu)随年代逐渐下降,但w(Hg)、w(As)、w(Cr)、w(Zn)、w(Ni)、w(Pb)呈波动趋势. 近10年数据表明,我国城市污水处理厂污泥中w(Ni)、w(Cd)、w(Hg)超标倍数最高,在进行污泥处置时需要优先关注.      

广州市污水污泥中的重金属及其农用探讨

分析了广州市6种污水污泥中重金属(Zn,Cu,Pb,Cr,Mn和Ni)质量分数及其存在形态,并对污泥农业利用过程中施用的最大量进行了估算.结果表明:广州不同来源污水污泥中.(Cu),w(Zn),w(Mn)和,(Ni)较高,变幅较大,而w( Ph )和w( Cr)低.除一种污泥中w(Cu)超标外,其他重金属基本符合国家农用控制标准(G1318918-2002),但所有污泥中重金属质量分数都超过广州市农田土壤平均值.不同重金属以及同一重金属在不同污泥中的形态分布也不同,其中Zn,Mn和Ni的潜在迁移性强,Cu和Cr中的还原态占有很大的比例,污泥中Pb主要以还原态和残渣态存在.根据广州市主要旱地赤红色土壤静态环境容量和动态环境容量计算表明,污泥农用过程中Cu和Zn是主要监控污染元素,不同来源污泥的最大施用量有明显差异.为保证土壤环境的安全,建议将Cu和Zn作为控制城市污水污泥农用过程中最高施用量的计算参考指标.