The influence of sewage sludge properties on sludge-borne metal availability

With the advent of more stringent controls on wastewater treatment, sewage sludge production in Europe and many parts of the world is increasing. With this increase comes the problem of sludge disposal, and recycling to land arguably offers an economically and environmentally sustainable option. However, a major limitation of sewage sludge reuse is the potential release of heavy metals from the sludge and heavy metal accumulation to toxic levels in topsoils. The properties of the sludge play a crucial role in determining the initial release and subsequent availability of heavy metals in amended soils. Bioavailable forms of heavy metals in recently amended soils are most likely to be those that are bioavailable in the sewage sludge. In this paper, published research on the importance of sewage sludge characteristics on metal release and bioavailability will be reviewed and contrasted with original research. A selection of sludges from around Australia has been collected for this purpose. Through the use of incubation studies, isotope dilution techniques, ion-selective electrode measurements and ¹³C-NMR spectroscopy, the importance of a range of sludge properties on heavy metal behaviour in sludges and sludge-amended soils is addressed.     

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.     

市政污泥堆肥对矿山废弃地生态恢复影响的研究进展

市政污泥作为城市污水处理过程中的副产物,含有大量的有机质和丰富的氮、磷、钾等营养物质,经堆肥处理后可用作矿山废弃地生态恢复的土壤改良基质.已有实验室模拟和场地规模研究结果表明,污泥堆肥的施用可同步实现矿山废弃地土壤基本理化性质改善、土壤微生物数量和代谢活性提高、植被的快速生长和生态功能的快速重建.污泥堆肥所含的氮、磷、有机质和重金属,在降雨渗流、微生物和植物根系的共同作用下淋溶进入水体或被植物富集,已有淋滤柱试验和短期植物种植研究结果表明,矿山有短期的二次污染风险,但风险可控.国外污泥/污泥堆肥用于矿山生态修复的案例证明,市政污泥经稳定化处理可促进矿山生态恢复,形成有效碳汇,而长期生态影响未来需要开展不同地域的场地跟踪监测并进行系统定量评估,从而进一步探讨该技术路线的可行性和安全性,同步实现市政污泥处理处置和矿山废弃地生态修复的双重目标,这也将成为未来评估市政污泥堆肥用于矿山生态恢复可行性的重要研究方向.      

Changes of Cu, Zn, and Ni chemical speciation in sewage sludge co-composted with sodium sulfide and lime

A batch composting study was performed to evaluate the feasibility of co-composting sewage sludge with sodium sulfide and lime （SSL） mixture （Na2S/CaO= 1：1）, aiming at reducing the availability of heavy metals in the sludge compost. Sewage sludge with sawdust as a bulking agent was amended with SSL at 3% （w/w, dw）, and composted for 15 d in laboratory batch reactors. The four stages of the Tessier sequential extraction method was employed to investigate changes in heavy metal fractions of Cu, Zn, and Ni in sewage sludge composted with SSL. For all the three metals, the mobile fractions, such as, exchangeable and carbonate bound were mainly transformed into low availability fractions （organic matter and sulfide, Fe-Mn oxides bound and residual forms）, and the addition of SSL enhanced this transformation. Therefore, SSL is a suitable material to co-compost with sewage sludge to reduce the availability of heavy metals. According to the cabbage seed germination test, a SSL amendment of ≤3% （w/w, dw） is recommended to co-compost with sewage sludge.     

氨络合法电化学捕集去除城市污泥中重金属的研究

采用自行设计的电动污泥处理装置,以城市污水厂污泥作为试验对象,设置氨水添加比分别为0、0.08、0.10、0.12 (V:V,氨水/试样污泥),在恒定直流电压下运行120h,研究氨络合效应与直接利用阳极产酸对污泥中重金属捕集去除效果的影响.结果表明,阳极酸化对污泥中重金属有一定的溶出去除作用;氨水的添加对电动处理过程中污泥pH值的降低与电流密度的提高没有阻碍,但能够有效提高污泥中重金属的捕集去除率;当氨水添加比为0.12时,污泥中Zn和Cu的捕集去除效果最佳,分别达91.62%和71.49%.氨水添加比为0.08时,Pb的捕集去除率最佳,达47.85%.氨水的添加对污泥中重金属的形态和迁移性有明显影响,主要表现为稳定形态如残渣态、有机结合态的减少及可交换形态的增加.     

大庆市城市污泥土地利用与环境影响研究

统计了大庆市生活污水处理厂污泥泥质重金属含量和本地区土壤环境重金属现状监测值,结果表明:大庆地区土壤属于天然低背景,污泥中重金属含量符合《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T 309-2009)标准的要求.结合本地区土壤的理化性质和污水厂污泥泥质特性,分析堆肥后污泥土地利用前景与环境影响,建议城市污泥处置应遵循源头削减和全过程控制原则,为大庆污泥处理厂的运行和管理提供合理化建议.     

细胞冻融破碎对城市污泥中重金属浸出浓度的影响

利用反复冻融的方法对污泥细胞进行破碎,考察处理前后污泥重金属的浸出浓度和形态分布的变化,并通过扫描电镜和红外光谱分析污泥中微生物细胞形貌和有机化合物含量的变化.结果显示,经过细胞破碎处理后,污泥中重金属的浸出浓度增大,锌、镍、铬、镉和铜的浸出浓度比原始污泥分别增加了9.7%、5.1%、25%、9%和50%.不稳定态增加,锌和镍的不稳定态分别增加了20.4%和37.9%,锌、镍、铬和铜的有机态分别减少了4.2%、8.2%、1.2%和5.1%.细胞发生了形貌上的变化,细胞体破碎程度严重.细胞EPS以及污泥中的蛋白质、羧酸、多聚糖等有机基团含量明显减少.细胞破碎后污泥浸出浓度增加的主要原因是污泥中有机态的重金属转化成了其他不稳定态的重金属.     

城市污泥用于铅锌矿区重金属污染修复的试验研究

选取黔西北矿渣为研究对象,研究了城市污泥改良矿区重金属污染的可行性和存在的问题,同时在借鉴前人利用污泥的经验基础之上,通过盆栽试验,探讨了纯污泥和不同配比的粉煤灰钝化污泥对铅锌冶炼废渣中重金属有效性的影响,以及不同处理的栽培基质对玉米的生长发育、营养状况和植株中重金属累积的影响,并分析了粉煤灰钝化污泥在矿山土地复垦中的应用前景,以为粉煤灰和污泥的土地利用提供一定的依据,达到既能充分利用这些固体废弃物资源又不污染环境的目的。     

两种生物沥滤-电动修复联合技术的比较

比较研究了生物沥滤和电动修复不同的结合方式对污泥中重金属处理效果的影响.在先进行生物沥滤4d之后用电动修复技术对污泥进行处理,试验结束之后污泥中的Cu含量为60.5mg·kg-1,Zn含量为170mg·kg-1;而采用同步生物沥滤和电动修复试验时,处理结束后污泥中Cu含量为122.8mg·kg-1,Zn含量为110mg·kg-1.利用2种修复技术处理污泥,污泥中重金属含量均达到我国污泥土地农田利用的标准,但先生物沥滤后电动修复可以减少能耗.     

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.     

珠江三角洲农业土壤重金属含量特征研究

调查研究了珠江三角洲农业土壤中重金属的分布规律,在研究区域采集了212个表层土壤样品,分析了其中8种重金属元素(Cu,Pb,Zn,Cr,Ni,Cd,As和Hg)的全量与有效态含量.结果表明:在珠江三角洲农业土壤中,8种重金属元素的含量均有超标现象,其中以Zn,Cd和Hg的超标率较高;在所有重金属元素中,Cd的有效态占全量的比率最高,平均为45.58%;而Hg所占的比率最低,平均仅为0.41%.重金属的有效态含量与全量存在正相关关系.交通、污水灌溉、工业污染、垃圾和城市污泥是造成珠江三角洲土壤重金属污染的主要原因.      

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).     

污泥中重金属性质分析及处理方法实验研究

选取典型城市污水厂污泥进行重金属总量及形态分析，确定超标重金属的含量、形态，并选择重金属稳定化方法对污泥中的重金属进行了初步实验。通过实验，结果证明了重金属的稳定化是污泥农用中重金属控制的有效方法，并给出了进一步研究的目标和建议。     

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。     

中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势

对相关研究结果的系统统计表明，Zn是我国城市污泥中平均含量最高的重金属元素，其次是Cu，再次是Cr，而毒性较大的元素Hg、Cd、As含量往往较低，通常在几个到十几个mg/kg范围内；70％统计样本的As含量在20ms／kg以内，而Cd、Cr、Ca、Hg、Ni、Pb、Zn含量则分别在2．8、250、417、5、75、130、1701ms／kg以内．我国城市污泥中的重金属含量普遍低于英美等发达国家，而且其中的重金属含量呈现逐渐降低的趋势．按照1984年颁布的《农用污泥污染物控制标准》(GB4284-84)，Zn是我国城市污泥中超标问题最突出的重金属，其超标率为55％；但按照2002年新修订的《城镇污水处理厂污染物排放标准(报批稿)》，Zn的超标率仅为9％．一方面，我国的土壤和儿童普遍缺Zn，另一方面，我国现行的农用污泥污染物控制标准对城市污泥中的Zn控制过于严格，而且也不尽合理，急需对其进一步完善，以合理解决城市污泥的处理处置途径，推动城市污泥的资源化和无害化利用．     

污泥在堆肥及油污土壤修复中重金属形态的研究

污泥堆肥工艺是实现污泥减量化,无害化和资源化的重要手段。文章考察了污泥在堆肥前后四类重金属(铜、锌、铅和镉)形态的变化。结果显示,铜、锌、铅和镉在堆肥前后的总量变化不大,Cu、Zn主要以有机结合态和残渣态形式存在,而Pb、Cd主要以残渣态形式存在。堆肥处理过程中可交换态重金属都呈下降趋势,但各种重金属的可交换态变化幅度不同,以Zn和Cd下降幅度最大,Zn的可交换态由堆肥前的10.5%下降到堆肥后的4.8%;Cd的可交换态从堆肥前的3.2%下降到堆肥后的1.8%,下降比例超过和接近50%。随着向土壤中添加污泥及堆肥量的增加,小麦植株地上和地下部分重金属含量也相应增加,且地下部分含量高于地上部分,小麦中重金属含量在地下部与地上部之间的比值恒定,特别是Pd,Cd的地上和地下部分浓度比可分别达到130和15～20,经堆肥处理的污泥可以降低小麦对其中重金属的吸收。将污泥及堆肥腐熟品添加至石油污染土壤中,与对照相比土壤中的石油烃含量有一定幅度的下降,最大下降幅度为19.6%。处理一个月后重金属含量及其形态变化不大,Zn具有向铁锰氧化态转化的趋势。     

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     

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.     

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.     

粉煤灰钝化污泥人工土壤理化性质研究

通过添加不同比例的粉煤灰对城市污泥进行钝化,对钝化污泥的pH值、养分含量及重金属含量变化以及各配比人工土壤的持水性能进行了研究,评价其用于无土排岩场生态修复的可行性.结果表明,当粉煤灰与污泥以Ⅲ(1:1)和Ⅱ(2:1)配比时,人工土壤持水性能高于对照(草甸棕壤),以Ⅳ(1:2)配比时,持水性接近于对照;粉煤灰钝化污泥中养分含量极其丰富,处于高肥力水平,随着粉煤灰添加量的增加,人工土壤的养分含量呈现降低趋势;粉煤灰钝化污泥人工土壤中除了Ⅲ(1:1)中Ni含量较高,为187.67 mg·kg-1外,各处理中重金属Cd、Pb、Cu、Zn、Cr含量都显著低于国家农用标准(GB 4284-84、GB 8173-87).