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。     

污泥微波热解过程重金属转化特性与风险评估

利用微波反应器在500~900℃的目标温度下,高温热解干污泥与Si C混合物(质量比为2.5∶1)以制取不同污泥焦,选取改进欧盟BCR逐级提取法对微波热解前后污泥焦中重金属(Cr、Cu、Pb、Ni)形态变化进行分析。同时对微波污泥热解焦进行RAC风险评估,探寻微波热解固定效能与污泥焦使用安全性与可行性。结果表明,随着微波热解温度的升高,重金属中残渣态(F4)大幅增加稳定性显著改善,与原样相比,Cr与Pb的可氧化态(F3)明显减少,分别由原样中73.86%和51.96%下降至5.98%和4.47%,Cu的可氧化态(F3)在500℃以上变化不明显。此外,微波热解焦中Ni的风险系数显著降低,其RAC形态风险系数由33.23骤降至0.78,其他3种重金属的风险系数也有不同程度的降低。     

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。     

铁盐对污泥飞灰共热解产物浸出浓度的影响研究

采用热解法,研究了不同铁盐种类及添加量时污泥与飞灰共热解产物的重金属浸出浓度,同时对污泥飞灰的混合比例进行进一步讨论以确定经济有效的新型处置工艺。结果表明:整体上,不同铁盐对Cd、Pb、Cu和Zn浸出的影响差异显著;单独添加Fe_2(SO_4)_3时,热解炭中Cd、Pb、Cu和Zn浸出浓度比单独FeSO_4时低约67.8%、31.0%、62.8%、45.8%。添加Fe_2(SO_4)_3使Fe添加量为干污泥质量的0.5%时,可以有效降低大多数重金属的浸出浓度。污泥飞灰的混合比例对As、Cd、Pb和Zn浸出的影响差异显著。热解温度为500℃,干污泥∶飞灰质量比为2∶1时,加入Fe_2(SO_4)_3(Fe添加量为干污泥质量的0.5%)后,热解炭可在生活垃圾填埋场中填埋。     

嗜酸硫杆菌和黑曲霉对电镀污泥重金属浸出效果

电镀污泥重金属浸出对电镀污泥资源化利用具有重要意义。为了降低处置成本,采用嗜酸硫杆菌与黑曲霉对电镀污泥重金属浸出效果进行了研究。结果表明,采用嗜酸性氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌混合菌种对含固率为3%的电镀污泥进行为期15 d(培养驯化后)的处理后,污泥中Ni、Cr与Cu的浸出率虽分别高达92.8%、85.0%和96.8%,但耗时久,无法大规模地实际应用。利用黑曲霉对电镀污泥进行为期6 d的处理,Ni、Cr和Cu的浸出率分别达到92.0%、74.4%和55.3%。若采用黑曲霉培养15 d后产生的生物有机酸和同pH的柠檬酸处理电镀污泥4 h后,两者对Ni、Cr和Cu的浸出率分别为:85.0%与94.2%、63.8%与73.7%、57.9%与99.6%。可见,利用黑曲霉发酵菌液浸出电镀污泥中重金属有一定的实际应用价值。     

基于生物淋滤的城市污泥重金属溶出及形态迁移

利用生物淋滤法处理城市污泥,以生物淋滤过程中pH、ORP(氧化还原电位)变化以及重金属(Zn、Cu、Cd)溶出率为指标,考察淋滤菌接种比例、初始pH、淋滤时间对生物淋滤的影响,并分析了生物淋滤前后,重金属形态变化以及重金属的生物有效性和迁移性。结果表明富集筛选的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f)可有效溶出污泥中的重金属。生物淋滤最佳条件为:初始pH=4.00,淋滤菌接种比例30%,重金属Zn,Cu,Cd在第10天的整体处理效果最优,溶出率分别达到75.30%、50.40%和74.44%。BCR形态分析表明:原污泥中Zn,Cu,Cd主要以弱酸提取态、可还原态和氧化态存在,残渣态较少;生物淋滤之后,3种重金属弱酸提取态、可还原态和氧化态含量有不同程度降低,其中,可还原态含量降低最为显著,残渣态基本无变化,并且淋滤后污泥中重金属氧化态及残渣态所占比例较淋滤前高,污泥稳定性得到提升。生物淋滤可以通过减少污泥中重金属含量和改变重金属形态降低其生物有效性和迁移性。     

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。     

生活垃圾焚烧飞灰重金属的受热特性

研究了飞灰重金属在不同煅烧温度下的挥发情况及其存在形态.结果表明:重金属挥发能力由强到弱依次为Hg＞Pb＞As、Cd＞Zn＞Cr、Ni、Cu;其中Hg、Pb、As和Cd属易挥发重金属,在1 150 ℃时几乎全部挥发;Zn属较易挥发重金属,1 150 ℃时的挥发率在40%～50%;Cr、Ni和Cu属难挥发重金属,在1 150 ℃的挥发率不超过10%;在400～1 150 ℃,随温度的升高,部分Zn、Hg、Cu、Pb、Cd、Ni和As由可溶态向残渣态、铁锰氧化态转化;在400～900 ℃,随温度的升高Cr可溶态比例减少,而在900～1 150 ℃,随温度的升高其可溶态比例增加.     

燃烧条件对灰渣中重金属元素形态的影响

根据改进了的BCR连续提取法,重金属元素形态分为酸可提取态、氧化物结合态、有机物结合态和残渣态,实验研究了不同燃烧温度、空气流量和燃烧气氛对燃煤重金属(Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)的形态分布和挥发特性的影响规律。结果表明:在原煤和灰渣中,各重金属元素均主要以稳定的残渣态存在;8种重金属元素的挥发性难易程度顺序为Pb、Cd、ZnAs、Cr、Ni、CuMn;燃烧温度从650℃升至1 050℃过程中,各重金属元素4种存在形态的逸出率逐渐升高,逸出率最低增大幅度为20%,最高达60%;随空气流量的增大,重金属元素的有机物结合态和残渣态加速分解和挥发,各重金属元素的逸出率不断增大;除元素Mn和Ni较易于在贫氧气氛中挥发外,元素Cr、Cu、Zn、As、Cd和Pb均在富氧气氛中比较易于挥发气化。     

化学沥浸与硫化钠钝化联合处理猪粪中重金属

利用柠檬酸浸提猪粪中重金属,减少总量,再利用硫化钠钝化经柠檬酸浸提后的猪粪残渣,降低猪粪中剩余重金属的生物可利用性。柠檬酸浸提实验表明:0.2 mol·L-1柠檬酸与猪粪按固液比1:5混合,反应24 h,对猪粪中Cu、Zn、Mn的浸出率为18.10%、66.16%、43.85%;硫化钠投加量5%,钝化7 d,猪粪中离子交换态Cu、Zn、Mn的浓度由酸浸后的14.08、116、81.75 mg·kg~(-1)降为8.77、12.04、21.02 mg·kg~(-1),硫化钠对酸浸后猪粪中Cu、Zn的钝化率为52.00%、63.72%,猪粪残渣中离子交换态Mn所占全量的比例由对照组的30.22%降到7.77%;柠檬酸酸浸和硫化钠钝化对猪粪中Cu、Zn、Mn总处理效率为73.00%、61.44%、29.90%。重金属分离技术和钝化技术联合处理猪粪中重金属,可以有效减少猪粪中Cu、Zn、Mn的总量并降低其生物可利用性。     

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。     

混合质电镀污泥中金属分离富集与分质回收研究

对混合质电镀污泥进行了湿法分离和金属回收研究,拟采用硫化分离富集—分质回收的工艺路线实现重金属的全组元回收。结果表明,在常温下采用分段硫化可以实现电镀污泥中Cu、Ni、Zn、Cr的分离与富集,在控制pH为3.8时,浸出液中Cu、Ni、Zn的硫化沉淀率均大于98%,Cu、Ni、Zn与Fe、Cr取得了较好的分离,在pH为4.1时,Cr与Fe取得了较好的分离效果,Fe的硫化沉淀率达到了93.35%,Cr最终在铬泥中得到富集;富集了Cu、Ni、Zn的硫化渣和富集了Cr的铬泥容易实现金属的分质回收;对重金属含量较低的混合质电镀污泥,采用硫化分离富集—分质回收的工艺是可行的,可将Cu、Ni、Zn、Cr等重金属予以全组元回收,同时处理后废渣可作为一般工业固废进行处理。     

焦化废水处理过程外排污泥中重金属形态特征及其潜在环境风险

焦化废水处理过程所排放污泥中重金属的含量及化学形态是否构成环境风险将直接影响污泥处置方法的选择,为此,实验采用BCR顺序提取法分析了焦化废水处理站外排污泥中重金属(Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、Cu和Mn)的形态特征,并采用地累积指数(Igeo)和潜在生态危害指数(RI)评价了重金属对土壤的潜在环境风险。研究结果表明:除Ni主要以可氧化态存在外,焦化废水外排污泥中其他几种重金属元素主要存在于残渣态,重金属元素的含量低于《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)》中的控制限值;与城市污泥相比,焦化废水外排污泥具有低Pb、Cr、Zn、Cu含量,而高Cd、Hg、Mn含量的特点;基于Igeo和RI的评价结果,Cd和Hg是外排污泥中具有一定环境风险的元素,需要考虑其下游去向。焦化废水处理外排污泥中主要存在残渣态重金属成分,不表现为很高的环境风险,其处置应重点考虑其中有机污染物特别是POPs。     

用通用浸提剂Mehlich 3研究城市污泥重金属生物有效性

采用Mehlich3(M3)通用浸提剂对经稳定化处理的城市污泥中重金属元素Cd、Cr、Pb、Ni、Zn、Cu的有效态进行提取,同时进行了小麦盆栽试验,将M3通用浸提剂浸提所得的重金属元素有效态含量与该元素在小麦幼苗茎叶和根系中的元素的富集量进行相关分析.结果表明,城市污泥中不同元素的有效态含量明显不同.M3提取的有效态Cd、Cr、Cu与幼苗茎叶富集Cd、Cr、Cu极显著相关,但Pb、Ni、Zn的有效态含量与植物茎叶富集量相关性不明显,主要原因可能与元素从植物根系向茎叶迁移能力有关.M3提取的污泥中重金属的有效态含量与小麦幼苗根系富集的重金属元素的含量呈现显著的相关性.因而M3可用于污泥中重金属元素潜在的生物有效性评价.     

河道底泥重金属浸出毒性分析及其固化/稳定化效果

城市内河由于长期承纳污染物导致其底泥受到污染,特别是其中重金属污染严重。选取某城市纳污河淤泥为试验对象,发现底泥Cr、Cu、Ni和Zn含量和浸出浓度均较高。为使其达到资源再利用要求,研究了一种污泥改性剂对其固化/稳定化的效果。结果显示,当改性剂掺量为10%时,已能够显著提高淤泥各个龄期强度。固化淤泥重金属浸出浓度在7d时已明显降低,且随养护时间增长进一步降低。改性剂掺量为13%时,固化淤泥Cu、Ni和Zn浸出浓度可降低90%以上,而Cr浸出浓度也可降低80%左右。实验表明,污泥改性剂处理后淤泥抗压强度提高,同时有害物质得到有效的稳定。     

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。     

重金属污染土壤的草酸和EDTA混合淋洗研究

采用不同浓度的草酸(oxalic acid,OX)和乙二胺四乙酸(EDTA)混合的淋洗方法研究重金属污染土壤的最佳混合淋洗方式,探讨了液固比、淋洗时间及pH对淋洗效果的影响,并分析了0.2 mol/L OX+0.2 mol/L EDTA处理前后土壤中重金属形态的变化。结果表明,采用0.2 mol/L OX+0.2 mol/L EDTA混合的淋洗法可同时去除多种重金属,且对Cu、Zn、Ni和Cr的去除率明显高于单用OX和EDTA,去除率分别为Cu 41.29%、Zn 84.73%、Ni 54.2%和Cr 66.01%。0.2mol/L OX+0.2 mol/L EDTA在液固比为5∶1、淋洗时间为4 h、pH为6时可分别达到最佳淋洗效果,且分别为Cu 62.59%、Zn 93.48%、Ni 55.95%和Cr 71.57%;Cu 50.47%、Zn 86.67%、Ni 61.53%和Cr 72.68%;Cu 44.40%、Zn 81.82%、Ni68.76%和Cr 74.93%。形态分析结果表明,0.2 mol/L OX+0.2 mol/L EDTA能较好地改变土壤中重金属形态的分布。     

电镀污泥的还原焙烧-酸浸

将电镀污泥作为一种重要的重金属资源加以回收利用,逐渐成为了国内外研究的重点。以电镀污泥为研究对象,在不同的温度及不同的焙烧时间下进行直接焙烧和还原焙烧,并对焙烧底渣进行酸浸,分别研究了污泥减量率以及Cu、Ni、Zn和Cr 4种重金属的含量和浸出率,并探索了还原剂(煤粉)和催化剂(CaCO3)投加量的影响。实验结果表明,原始电镀污泥中,Cu含量最高,达到10.05%,因此,电镀污泥中Cu具有回收价值;焙烧后电镀污泥得到了减量化,同时污泥中的金属得到了富集;还原焙烧比直接焙烧更有利于Cu的选择性浸出,当煤粉投加量为10%,CaCO3投加量为0.5%,在700℃下焙烧20 min时,Cu的浸出率达到98.73%,Cu的含量达到15.07%。     

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。     

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.