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。     

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。     

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。     

氧化硫硫杆菌JJU-1生物淋滤去除污泥中的重金属

将前期分离得到的嗜酸性氧化硫硫杆菌JJU-1(Thiobacillus thiooxidans JJU-1)接种于污水处理厂污泥中,进行为期7 d的生物淋滤实验,对淋滤过程中的pH值、氧化还原电位(ORP)和重金属去除率进行检测。研究结果表明:氧化硫硫杆菌JJU-1不同接种量处理浸出液的pH下降幅度不同,当接种量为15%时,浸出液pH下降最快,其ORP达到最大值(444m V),Cu、Cd和Pb的去除率分别高达79.2%、96.6%和93.4%。添加能源物质S可以明显降低淋滤液的pH,当能源物质S投入量增加到12 g·L~(-1)时,淋滤7 d后,浸出液的pH下降至1以下,浸出液的ORP在S添加量为16 g·L~(-1)时达到最大值(477 m V),20 g·L~(-1)S粉添加量条件下,Cr、Cu和Pb的去除率最大,分别为98.8%、74.3%和85.8%;然而,添加能源物质S对Cd的浸出无明显影响。以上研究结果表明,氧化硫硫杆菌JJU-1在去除污泥中重金属方面有着广阔的前景。     

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。     

生物淋滤-Fenton对印染污泥脱水性能的影响

采用嗜酸性硫杆菌生物淋滤联合Fenton氧化法对印染污泥脱水性能进行了研究。结果表明,生物淋滤过程中pH下降速率随着硫粉添加量增加而变快,经生物淋滤处理后污泥的脱水性能在一定程度上得到了改善。对生物淋滤后的污泥进行了Fenton氧化处理,获得的最佳反应条件为反应时间2 h,H2O2和Fe2+添加量分别为6 g/L和0.5 g/L。在该条件下,污泥上清液中总有机碳(TOC)由20.8 mg/L增加到356.6 mg/L;污泥比阻(SRF)和滤饼含水率分别由5.98×1011s2/g和88.75%减少至1.26×1011s2/g和82.85%。生物淋滤-Fenton氧化法在污泥破解程度和脱水性能改善方面均优于单独Fenton氧化法。     

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。     

柱淋滤模式下脱硫石膏中重金属组分的迁移特性

采用柱淋滤模式研究了来自武汉和浙江电厂的2个脱硫石膏样品FA1和FA2中Cr、As、Ni、Pb和Hg 5种重金属组分的迁移过程,了解这一过程为脱硫石膏污染防治工作具有指导意义。首先采用改进的Tessier法分级提取脱硫石膏晶体中重金属组分,完成了不同重金属组分赋存形态研究,结果表明重金属组分以氧化物结合态为主,其中FA1中重金属可淋滤态大小为PbAsCrNi,而FA2中重金属可淋滤态为AsPbNiCr。柱淋滤实验中选择p H值分别为4.0及4.5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液为淋滤液,淋滤周期为17 d,得到不同重金属淋出率L随时间的淋出特征。结果表明:在本研究体系中各重金属组分淋出率均随淋滤时间有显著增加;淋滤液酸性增强可促进重金属组分的淋滤溶出;重金属组分赋存形态对重金属淋出迁移过程具有重要影响。脱硫石膏FA1中Cr、As、Ni、Pb、Hg以及脱硫石膏FA2中的Pb、Hg的最高淋出量超过《地表水环境质量标准》,在脱硫石膏资源化应用过程中可能对环境造成危害。     

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%.     

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。     

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.     

生物淋滤-Fenton对印染污泥脱水性能的影响

采用嗜酸性硫杆菌生物淋滤联合Fenton氧化法对印染污泥脱水性能进行了研究。结果表明,生物淋滤过程中pH下降速率随着硫粉添加量增加而变快,经生物淋滤处理后污泥的脱水性能在一定程度上得到了改善。对生物淋滤后的污泥进行了Fenton氧化处理,获得的最佳反应条件为反应时间2h,H2O2和Fe2＋添加量分别为6g／L和0．5g／L。在该条件下,污泥上清液中总有机碳（TOC）由20．8mg／L增加到356．6mg／L;污泥比阻（SRF）和滤饼含水率分别由5．98×10^11s2／g和88．75％减少至1．26×10^11 S2／g和82．85％。生物淋滤-Fenton氧化法在污泥破解程度和脱水性能改善方面均优于单独Fenton氧化法。     

Fenton氧化联合人工湿地处理污泥中的重金属

针对单独应用Fenton氧化技术处理污泥的不足以及人工湿地在处理污水污泥方面的优势,以污水处理厂污泥浓缩池中含重金属污泥为对象,研究其依次经过Fenton氧化和人工湿地处理后重金属的去除效果及形态变化,以及污泥pH、TN和TP的变化情况。结果表明,Fenton氧化提高了污泥重金属的生物有效性,并促进了人工湿地对重金属的去除。Fenton氧化污泥经人工湿地处理后,Cu、Zn、Ni和Mn的去除率分别为67.2%、79.7%、37.0%和17.0%,与对照相比重金属的平均去除率提高了27.5%。经人工湿地处理后Fenton氧化污泥和原污泥重金属的生物有效性均降低。Fenton氧化污泥pH为4.4~4.6,经人工湿地处理后为6.2~7.1。人工湿地对Fenton氧化污泥和原污泥中TN的影响较小,而对TP表现出较高的去除率,2系统TP的去除率分别为51.1%和45.5%。     

污水污泥中重金属污染物的溶出过程研究

污水污泥中污染物尤其是重金属的水体浸出作为重要的二次污染途径备受关注。为了探讨污水污泥中重金属的溶出规律,对上海7个污水处理厂的污水污泥进行了重金属总量分析,并采用水平振荡法对上述污水污泥中重金属进行了溶出动力学研究。结果表明,污水污泥中Cu、Cr和Zn的含量均较高,之后依次是Pb、As、Cd和Hg;污水污泥中重金属溶出动力学过程分为快速反应和慢速反应两个过程,可以用Elovich方程进行模拟;污水污泥中各重金属的溶出负荷差异较大,Cu、Cr和Zn的溶出负荷较大,其他较小,但各重金属相对于污水污泥中重金属总量的溶出百分比差异不大,基本处于10%以下。     

危险废物焚烧灰渣熔融过程中重金属元素热力学平衡计算

熔融固化是目前危废焚烧灰渣处置的有效方法之一。为了能够有效地控制熔融过程中重金属元素的迁移,采用HSC Chemistry软件模拟研究了重金属元素As、Pb、Zn、Cu、Ni、Cr等在熔融过程中的物质变化历程,考察了不同气氛、温度、氯化物种类的影响。结果表明:在还原性气氛下,As、Pb几乎100%以As S(g)和Pb S(g)的形式挥发进入气相;Zn主要以气态金属挥发,1 500℃时90.8%的Zn进入气相;Cu、Ni、Cr与灰渣中的Fe2O3、Al2O3等形成不易挥发的化合物,几乎完全被熔渣固化。氧化性气氛有利于各重金属元素的固化,除46.47%的Pb以Pb Cl2(g)、Pb Cl(g)、Pb O(g)的形式挥发外,其余重金属元素均能被固溶在渣中。与灰渣中Na Cl相比,Ca Cl2不影响As、Cr的平衡形态分布,但能促进Pb、Zn、Cu、Ni以气态氯化物的形式挥发进入气相,不利于重金属元素的固化。     

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。     

污泥臭氧减量化过程中氮溶出物的规律

以污泥臭氧减量化过程中含氮物质的转变为研究核心,分析了减量过程中不同形态氮溶出物随臭氧投量的变化,并利用线性回归方程归纳出污泥溶解过程中各形态含氮物质的溶出规律。结果表明:当臭氧投量在0.15 g O_3·(gTSS)~(-1)时,TN的增长速率最高,增幅达437.44%,此时MLSS减少了41.28%,可将0.15 g O_3·(gTSS)~(-1)视为臭氧最佳投量;XPS图谱显示,溶出的NH_4+~-N、NO_3~--N主要由污泥絮体中铵态氮和硝态氮的释放所致,而凯氏氮主要来源于胞内蛋白质-N(有机态凯氏氮)的溶出,在臭氧投量为0.30 g O_3·(gTSS)~(-1)时,凯氏氮占溶出TN的93.46%;最终建立TN关于ΔMLSS、臭氧投量D和臭氧浓度C的数学模型为TN=ΔMLSS·(0.000 96C+0.011 2)=e~(3.992)·D~(0.774)·C~(1.466)·(0.000 96C+0.011 2),该模型应用范围为MLSS=4 000~5 000 mg·L~(-1),20 mg·L~(-1)C40 mg·L~(-1),0.02 g O_3·(gTSS)~(-1)D0.30 g O_3·(gTSS)~(-1)。     

合肥市污水处理厂污泥重金属分布特征及其生态风险评价

为了解污泥中重金属污染状况,分析了合肥市5家污水处理厂污泥中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的总量、形态特征与生物毒性,并采用内梅罗指数法和潜在生态危害指数法对污泥中重金属生态风险进行了评价。结果表明,污泥中各重金属元素总量为Zn(639.00~2 094.50mg/kg)Cu(107.22~415.86mg/kg)Cr(48.06~388.24mg/kg)Pb(4.50~35.40mg/kg)As(11.72~47.51mg/kg)Cd(2.02~16.68mg/kg)。形态分布特征分析结果显示,Cr、Cu和Pb较稳定,As的稳定性相对较差,Zn在污泥中稳定性最差,而Cd在不同污泥样品中的形态分布差异较大;水平振荡法和毒性特征沥滤方法对污泥中重金属浸出浓度较低,未超过相应限值。内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法对污泥中重金属总量评价结果表明,5家污水处理厂(分别命名为WT、WXY、JKQ、ZZJ、CTP)污泥样品表现为CTPJKQWXYZZJWT,各重金属元素污染顺序为CdCu(Zn)AsCrPb。     

去除污泥中重金属铬的生物淋滤反应器设计与应用

用微生物方法去除污泥中重金属(生物淋滤法)是近年来发展的新技术,探索工程化的条件有重要的应用价值。设计了一套容积为1 m3的生物淋滤反应器,由生物淋滤池、搅拌器、曝气器和空气压缩机等构成。其中,搅拌叶轮由平叶桨和斜叶桨组合而成。利用制革污泥进行了半连续的生物淋滤试验,结果表明,在反应器中污泥与菌体和营养物质能充分混匀,经过2~5 d的处理,污泥pH持续下降到2.0以下,污泥中铬的溶出率达90%~99.5%。     

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。