污泥中重金属和多环芳烃(PAHs)的存在特性及其相互关系

在深入研究9种不同污水处理厂污泥中重金属存在形态和15种PAHs含量水平的基础上,讨论了污泥中PAHs和重金属含量之间的相互关系.结果表明,生活污水污泥中Zn的含量最高,其次为Cu,而As和Cd含量较低;工业废水污泥中各重金属含量差异较大,制革污泥的Cr含量超过15000 mg·kg-1.污泥中As、Cr、Cu、Pb主要以可氧化态和残渣态存在;Ni和Zn的酸溶态及可还原态的比例较高;Cd在不同污泥中的形态分布变化较大.生活污水和工业废水污泥中∑PAHs的平均含量相差不大,分别为13.74 mg·kg-1和13.95 mg·kg-1.不同污泥中各PAHa呈现4环>3环>2环>5环>6环的分布特征,化石燃料不完全燃烧和石油类污染是污泥中PAHs的主要来源.污泥中低分子量(2环和3环)PAHs与Cd、Ni、Zn等重金属含量存在显著的相关关系,这种相关关系与重金属作用于污泥中的微生物并最终影响微生物对PAHs的降解有关.     

污泥生物沥滤中硫细菌变化和胞外多聚物作用的研究

通过序批试验,分析污泥生物沥滤过程中pH值、异养菌数量变化以及硫细菌的形态,探讨了污泥中重金属在胞外多聚物(EPS)中的分布变化.结果表明,污泥经生物沥滤后异养菌大量死亡.扫描电镜和透射电镜对污泥微生物形态的观测发现,随着生物沥滤时间的延长,生物沥滤污泥明显比对照污泥中的微生物分布紧密,而且杆状和短杆状菌呈现逐渐增多趋势.生物沥滤后期出现受损的细菌胞体以及释放了细胞物质的细菌空壳.污泥沥滤液中EPS含量有所增加,沥滤过程中EPS的松散结合态与紧密结合态的比值呈现先上升后下降趋势,可反映沥滤前期细菌处于加速生长期的居多,而后期处于减速生长期的细菌逐渐增多.污泥EPS中重金属含量在生物沥滤几天后表现持续增长,Cu、Pb和Zn分布于EPS中的最高含量分别占污泥中总量的14.7%、20.3%和24.2%.延长酸化时间,EPS可被水解,而导致其中重金属含量呈现一定下降趋势.     

乌鲁木齐城市污泥重金属形态特征及农用可行性分析

选取乌鲁木齐市两家有代表性的污水处理厂的污泥,对其理化性质和重金属形态进行了测定,分析了污泥的农用价值和重金属的生物有效性。结果表明:乌鲁木齐两家污水厂污泥基本呈中性,含水率在70%以上,污泥呈现高有机质、高氮、高磷、低钾的特点。污泥中重金属含量均满足我国CJ/T 309—2009《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质标准》中B级标准,但HD污水厂Zn和Cd含量、QDW污水厂Cd含量超出A级标准,不可施用于蔬菜和粮食作物。污泥中Zn和Cu主要以残渣态和有机结合态为主,其余三种形态所占比例较小,Pb和Cd以残渣态、碳酸盐结合态和铁锰氧化态为主。Zn、Cu的不可利用态所占比例在50%以上,生物可用性较低。Pb、Cd生物有效态和潜在有效态所占比例之和在50%以上,有较强的生物可利用性,在污泥农用时存在潜在风险,Cd污染问题要引起重视。     

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.     

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。     

城市生活污泥蚯蚓堆肥过程中重金属形态变化特征

利用蚯蚓处理城市生活污泥,研究了蚯蚓处理对污泥重金属总量及形态的影响。结果表明:污泥经蚯蚓处理后,污泥的pH值、有机质、总氮均有不同程度的降低,污泥重金属Cu、Zn、Ni、Pb含量分别降低了19.05%、12.10%、10.77%、24.90%。BCR连续提取结果表明:Cu以可氧化态为主,Zn及Ni以可交换态和可还原态为主,Pb以残渣态为主。蚯蚓处理对污泥重金属可交换态及可还原态影响不显著,但大幅降低了Cu、Zn、Ni、Pb可氧化态含量,降幅分别为19.79%、92.57%、35.18%、78.31%。蚯蚓处理总体上降低了重金属Cu、Ni、Pb的生物有效性。     

城市污泥改良矿山废弃土壤的试验研究

采用室内土壤培养模拟试验,在矿山废弃土壤中外源添加不同比例未经处理的城市污泥,探讨短期污泥处理对土壤中重金属赋存形态分布特征、土壤理化性质和土壤酶活性的影响,并对施污土壤中重金属的赋存形态与土壤的理化性质和酶活性进行了相关性分析,分析了施污土壤中不同重金属赋存形态含量的影响因素。结果表明:城市污泥的施加对矿山废弃土壤中重金属Cu和Pb有一定的钝化作用,施污土壤中重金属的生物有效性大小表现为ZnCuCdPb;城市污泥的施加可明显增加矿山废弃土壤中氮、磷、钾和有机质的含量,但降低了土壤的pH值,而土壤的pH值是影响施污土壤中各重金属可交换态含量的关键因素,土壤中有机质含量是影响施污土壤中可还原态Pb和Cd以及可氧化态Cu和Zn含量的主要因素;城市污泥的施加可增加矿山废弃土壤的酶活性,其中土壤的脲酶活性是影响施污土壤中各重金属可交换态以及可还原态和可氧化态Zn、Pb含量的主要因素,而土壤的磷酸酶和过氧化氢酶活性是影响施污土壤中残渣态Cu和Pb含量的主要因素。     

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.     

生物可降解的螯合剂EDDS提取城市污泥中Cu，Zn，Pb和Cd

研究了生物可降解的螯合剂EDDS对城市污泥中的Cu,Zn,Cd和Pb的提取效应.EDDS提取动力学研究表明,Cu,Zn,Cd和Pb达到最大提取量的时间分别为12,24,36和36 h.EDDS提取液pH效应研究表明,pH对4种重金属元素的释放没有显著的影响.4种重金属元素的EDDS提取率:Cu为23%～39%,Zn为41%～42%,Cd为18%～24%,Pb为24%～44%.对比EDDS和EDTA对重金属的提取率:Cu为EDDS＞EDTA;Zn为EDDS≈EDTA;Cd和Pb为EDTA＞EDDS.提取之后,用BCR连续提取法研究污泥中残留的重金属元素的形态分布表明,酸溶/可交换态、可还原态和可氧化态金属浓度明显降低.综合考虑运行成本、提取率和城市污泥资源化利用价值,建议EDDS提取城市污泥条件为pH中性、提取时间24 h,从而可以有效地降低城市污泥中有效态重金属元素含量.     

矿渣基改性剂对城市污泥重金属稳定化

以城市生活污泥为研究对象,采用矿渣基改性剂在不同投加量和养护时间条件下对其改性,并通过重金属的稳定效率及形态变化分析和评价污泥中Cr、Cu、Zn、Pb、As和Cd等重金属的固化效果.结果表明：随养护时间或投加量的增加,重金属稳定效率不断提升,在养护14 d后,改性剂的投加量为50%时达到最大,其中Cu最高为69.62%,Cr最低为48.68%,且皆在投加量为5%~20%时增长最快.通过对投加量、养护时间和稳定效率回归分析,发现Cu的拟合相关系数最高为0.97,改性剂的掺量与养护时间两个影响因素相互作用极强,对重金属稳定效率的增加均有显著的影响.此外,污泥改性后Pb和As以残渣态为主;Cu和Cr以可氧化态和残渣态为主;Zn和Cd以可还原态和可提取态的形式为主.随养护时间或投加量增加,各重金属的残渣态有7%~86%的增加,这表明矿渣基改性剂可有效固化污泥中重金属,使污泥等固体废物再利用.     

浑河上游(清原段)水环境中重金属时空分布及污染评价

为了解浑河上游(清原段)水环境中重金属污染水平及其污染程度,对浑河上游(清原段)表层水体和表层沉积物中6种重金属(Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、As)的含量及时空分布分别进行了研究,并分别采用综合污染指数评价法和地累积指数评价法对表层水体和表层沉积物中4种重金属(Cu、Zn、Cd、As)的污染程度进行了评价.结果表明,浑河上游表层水体Mn、Cu、Zn、Cd、As的季节变化均表现为丰水期含量高于平水期和枯水期.表层水体Fe、Mn、Cu、Zn、Cd的沿程变化趋势基本相似,均在H7站出现最高值.不同水文时期的水体pH值、硬度和DO值对水体重金属含量分布产生的影响各不相同,水体重金属相互之间存在一定的显著性相关关系,说明它们之间可能具有一定的同源性.浑河上游表层沉积物中Cu、Zn、Cd、Fe这4种重金属的季节变化规律均为:枯水期>丰水期>平水期.表层沉积物中Mn、Cu、Zn、As、Cd这5种重金属的沿程变化相似,均在中间出现一个最高值.采用综合污染指数评价法表明,浑河上游水体大部分水质良好,个别站位重金属污染比较突出.采用地累积指数法评价表明,浑河上游表层沉积物主要以Cu、Cd、As污染为主.     

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.     

Autoheated thermophilic aerobic sludge digestion and metal bioleaching in a two-stage reactor system

A two-stage process has been developed for stabilization of sludge and removal of heavy metals from the secondary activated sludge with high rate of energy and time conservation.The first stage of the process involves autoheated thermophilic aerobic digestion at 55-60°C inoculated with less-acidophilic thermophilic sulfur-oxidizing microorganisms(ATAD).The results show that it is possible to maintain the autoheated conditions(55-60°C) in the ATAD reactor up to 24 hr,leading to reduction of 21% total solids(TS),27% volatile solids(VS),27% suspended solids(SS) and 33% volatile suspended solids(VSS) from the sludge.The sludge pH also decreased from 7 to 4.6 due to the activity of less-acidophilic thermophilic microorganisms.In the second stage operation,the digested sludge(pH 4.6,TS 31.6 g/L) from stage one was subjected to bioleaching in a continuous stirred tank reactor,operated at mean hydraulic retention times(HRTs) of 12,24 and 36 hr at 30°C.An HRT of 24 hr was found to be sufficient for removal of 70% Cu,70% Mn,75% Ni,and 80% Zn from the sludge.In all,39% VSS,76% Cu,78.2% Mn,79.5% Ni and 84.2% Zn were removed from the sludge in both the stages.     

城镇污水处理厂污泥泥质监测及资源化风险评价

在城市固废管理中,污水处理厂污泥科学合理地处置利用问题越来越重要,阐明城镇污水处理厂污泥的污染状况和化学性质,评价城市污泥污染物的生态风险和危害,可以为污泥的资源化利用提供依据.对某市49家城镇污水处理厂污泥泥质（pH、含水率、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As、Hg、Ni、矿物油、挥发酚、多环芳烃、有机质和氮磷钾）开展监测,分析其重金属和有机污染物状况、污染物含量频数分布以及污泥养分变化特征,并应用内梅罗指数法和Hakanson潜在生态危害指数评估污泥在农用过程中重金属的潜在生态风险和危害.结果表明,在污泥pH总体呈现中性、且高含水率的状况下,重金属含量高低为：Zn > Cu > Cr > Pb > Ni > As > Hg > Cd,其中,Cd、Pb、Hg、Ni和As为重金属来源第一主成分（生活清洁和医疗）的主要载荷因素;在所有样品中,8项重金属频数分布最集中的含量分别为：38.9~1380.0、62.6~182.7、63.6~181.3、0.0~97.8、19.3~68.4、0.8~29.2、0.3~8.7和0.01~0.96 mg·kg^-1;矿物油、挥发酚和多环芳烃含量最集中的频数分布占比分别为：87.0%、87.9%和77.6%;污泥养分含量高于我国平均水平,有机质含量为农家粪肥（猪粪、牛粪和鸡粪）的67.4%、75.9%和92.5%,氮磷钾含量与农家粪肥相差不大.内梅罗指数和Hakanson生态危害指数显示某市城镇污水处理厂污泥存在一定的生态风险;此外,在符合污泥农用标准的44家城镇污水处理厂中,共有4家污水处理厂污泥属于重度污染或强生态危害.综上所述,某市污水处理厂污泥农用存在一定的潜在生态风险,施用前需降低其重金属含量,在污泥符合农用标准的前提下,还需综合生态风险评价,合理选择污泥资源化方式.     

浑河中游沈阳区域水污染控制与治理的难点和关键技术——“浑河中游水污染控制与水环境综合整治技术集成与示范”专栏序言

针对浑河中游沈阳区域工业园区难生物降解制药废水处理、污泥处理处置、城市河流水环境的湿地净化,以及水环境评价和污染源解析等问题,国家科技重大水专项浑河中游课题开展了大量研究.为了提高制药园区废水可生化性、优选物化预处理工艺技术,选取典型污染物乙酰氨基酚作为处理对象,研究其物化预处理过程中的转化规律与机理;针对污泥安全处理处置和资源化利用难题,研发生物干化技术和利用沸石减少温室气体排放和氮素损失的技术;针对复合型人工湿地效率提升需求,研究潮汐流-潜流组合工艺系统中不同单元的菌群功能特征;为科学制定河流治理技术策略,研究形成主成分分析、聚类分析、三维荧光光谱等河流水环境特色研究方法,并在其他流域如武水河进行应用.这些技术难点和关键技术研究,不仅支持了浑河中游水污染控制与治理,也可为当前流域区域水环境治理提供借鉴.     

陕西省城镇污泥养分与重金属含量特征分析

分不同水期调查研究了陕西省不同地区32家城镇污水处理厂出厂污泥中总氮、总磷、总钾、有机质以及Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As 6种重金属元素的含量特征。结果表明:1)陕西省城镇污泥中氮、磷养分及有机物含量较为丰富,但总钾含量不高;污泥总养分含量大体呈现枯水期>平水期>丰水期的分布特征,其中总氮与有机物含量受水期的影响极显著(P_J-T<0.001),而总磷和总钾含量受水期的影响并不显著(P_J-T>0.05)。2)陕西省城镇污泥中重金属含量呈对数正态分布,6种重金属元素含量顺序为Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>As;不同水期污泥重金属含量不存在显著性差异(P_ANOVA>0.05)。3)总体而言,陕西省城镇污泥具有较高的农用价值,且重金属含量处于相对较低的水平,较适合施用于林地、牧草地和不种植食用农作物的耕地,以及用于中碱性土质的土地改良,同时需特别注意,As含量必须控制在标准限值以内。     

北京地区不同城镇污水处理厂堆肥污泥的营养含量和重金属污染

研究了北京地区不同城镇污水处理厂堆肥污泥(以A、B型表示)的营养含量变化和重金属污染状况.结果表明,A、B型堆肥污泥的p H、营养成分、微量元素和重金属含量因污泥来源和年份而异.其中,A型堆肥污泥不同年份的有机质平均值为203 338.0 mg·kg-1,达到了《城镇污水处理厂污泥处置-农用泥质》(CJ/T 309-2009)和《城镇污水处理厂污泥处置-土地改良用泥质》(GB/T 24600-2009)中的标准要求,但未达到《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》(GB/T 23486-2009)中的标准;而B型堆肥污泥不同年份的有机质平均值为298 531.5 mg·kg-1,A、B型堆肥污泥不同年份的p H平均值分别为7.1和7.2以及氮磷钾总养分(N+P2O5+K2O)平均值分别为41 111.7 mg·kg-1和65 901.5 mg·kg-1,均达到以上各城镇污水处理厂污泥处置类型的标准限值要求.除了Hg、Ni含量存在超标现象外,A、B型堆肥污泥中的重金属含量均低于我国最为严格的《城镇污水处理厂污泥处置-农用泥质》中A级污泥的标准限值.总体而言,北京地区不同城镇污水处理厂堆肥污泥在今后的农用、土地改良以及园林绿化处置中,存在潜在的Hg、Ni环境污染状况,须优先关注.     

辽河流域与英国中部河湖水体中溶解有机质的荧光特性

运用三维荧光光谱技术对辽河流域和英国中部水体中溶解有机质(DOM)的荧光光谱特性进行了分析.结果表明,辽河流域各研究水体中DOM包含4种荧光组分,即类色氨酸、类酪氨酸、可见光区和紫外光区类腐殖质,通过对荧光特性定量指标的分析可知,辽河流域各研究断面水体中类腐殖质物质内源作用大于陆源,DOM具有较强的新近自生源,各河流水体中DOM腐殖化程度顺序为:浑河中游海城河中游蒲河下游太子河下游.相比之下,英国河湖中,除了River Tame含有以上4种荧光组分外,其它水体中均没有发现类酪氨酸荧光物质,甚至在River Tern中仅含有类腐殖质荧光物质,河湖中DOM含有较少的新近自生源组分,以陆源影响为主.另外,辽河流域水体中类蛋白与类腐殖质荧光峰强度比值大于英国各河流水体的平均值.由此可以推断,辽河流域各研究断面大量污染物的输入,是造成其严重内源污染的主要原因,从而使水体中DOM含量增加,英国各河流断面其DOM主要来自于水体本身存在的大量微生物和浮游植物的代谢活动以及土壤有机质经雨水的冲刷流入水体的贡献.     

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.     

城市污水处理厂污泥重金属污染状况及特征

研究了我国16家城市污水处理厂污泥中重金属(Cu,Cr,Pb,As和Cd)污染状况及特征,并探讨了可行的污泥处置方法. 结果显示:w(Cu),w(Cr),w(Pb),w(As)和w(Cd)(干基)分别为14.48～239.93,7.86～200.00,6.10～121.00,3.15～11.70和0.31～6.16 mg/kg;不同种类的重金属在污泥中的质量分数也不同,w(Cu)和w(Cr)高于w(Pb),w(As)和w(Cd);污泥中重金属质量分数还随污水处理厂的不同而变化,这与污水来源和污水处理工艺有关. 分析表明,除7号污水处理厂污泥中w(Cd)超出我国农用泥质(CJ/T309—2009)A级污泥、园林绿化用泥质(GB/T23486—2009)和土地改良用泥质(CJ/T291—2008)中酸性土壤(pH<6.5)施用标准外,其他污水处理厂的污泥重金属质量分数均低于我国农用泥质(CJ/T309—2009)A级污泥标准以及美国、德国和欧盟农用污泥标准的重金属控制限值. 达标的污泥可将混合填埋、农用、园林绿化、土地改良、制砖和水泥熟料生产作为污泥处置备选方案.