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城市污泥中重金属的处理及污泥资源化利用现状

摘 要:随着我国居民生活水平的提高和城市经济的发展,我国城镇污水处理设备的建设不断加强。在大规模的处理污水后,城市污泥中重金属的处理成为了污泥再次利用的主要问题。该文综述了城市污泥…

摘 要:随着我国居民生活水平的提高和城市经济的发展,我国城镇污水处理设备的建设不断加强。在大规模的处理污水后,城市污泥中重金属的处理成为了污泥再次利用的主要问题。该文综述了城市污泥中重金属的形态分布及特点,并介绍了当前我国处理城市污泥重金属主要技术及其优缺点,最后对污泥处理技术及污泥应用进行了展望。

关键词:城市污泥;重金属;处理技术

在城镇污水处理过程中,活性污泥作为吸收污染物的载体而被大量使用。截至2016年3月底,我国城镇共计建成污水处理厂3910座,污水处理能力约1.67亿t/d[1]。在污水处理过程中会产成大量的污泥堆积,这些污泥如果得不到及时有效的处理,将会给环境带来严峻的污染问题[2]。目前对城市污泥的有效处理方法主要有填埋、焚烧、投海和农用,而填埋、焚烧和投海都会不同程度的再次带来环境污染问题[3]。由于城市污泥含有大量可以作为肥料的生物化合物和有机质,可以提高土壤的肥力[4],污泥堆肥是目前研究的热门方向之一,也是城市污泥最有前景的处理方式之一,但其中的重金属污染难以去除[5-6],是污泥堆肥最主要的障碍。

1 城市污泥中重金属含量和种类

由于我国地幅广阔,且城市污泥的来源和种类均有所不同,所以�е鲁鞘形勰嘀兄亟鹗艉�量和种类差异较为明显。郭广慧等[7]统计了近8年的国内外文献报道的中国城市污泥重金属含量,结果表明,主要的超标金属有As、Hg、Cu、Cr、Zn、Cd、Ni和Pb,且不同金属在不同区域超标量有一定差异。邓炳波等[8]对合肥市5家污水处理厂中重金属进行了分析,结果表明,各污水处理厂污泥重金属浓度各异,其中部分污水处理厂污泥中As、Cd超出农用泥质A级标准,但测得各污水处理厂污泥中各重金属浓度均低于GB/T 23486-2009限值。林荣科等[9]对广西城镇污水处理厂污泥中重金属进行了分析,结果表明As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量均满足CJ/T309-2009《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质标准》的B级标准,可施用于相应农作物。刘亚纳等[10]研究了洛阳市3个污水处理厂污泥中Cu、Zn、Ni、Cr和Pb的含量,结果表明仅有1个污水处理厂污泥中Cu、Zn和Ni含量超过了农用泥质A级标准的限值(CJ/T309-2009)。张亚婧[11]选取了29个污泥样品对Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn进行了分析,结果表明不同的污泥样品具有较大的变化范围。王涛[12]汇总并分析了国内90个污水处理厂的污泥泥质数据,结果表明城镇污水处理厂的污泥泥质总体上是适合土地利用的,重金属风险由大到小排序为:Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B。古丽戈娜等[13]对喀什污水处理厂污泥重金属进行了分析,结果表明,污泥中Cd的含量较高,超出中国酸性土壤的农用标准,而Pb含量未超出农用标准范围。王哲等[14]对包头市污水处理厂污泥重金属进行了分析,结果表明Zn、Cu、Cr、Pb、Mn 5种重金属均为低潜在生态风险,所以污泥经过适当处理可以比较安全地用于园林绿化当中。白莉萍等[15]对北京地区不同污水处理厂堆肥污泥的营养元素含量变化和重金属含量状况进行了研究,结果表明,A、B型堆肥污泥的重金属含量因污泥来源和年份而异。张丽丽等[16]对我国近30年来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Cd、Pb、Cr、As、Hg、Cu、Ni、Zn平均值或中位值虽然符合GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥农用时重金属控制标准限值,但数据离散且呈偏态分布,所以其中部分污泥的Cu、Zn、Cr、Hg、Ni和Cd的含量依然超标,其中Ni、Hg和Cd超标倍数相对最高。

2 城市污泥中重金属的形态

重金属的生物毒性不仅与其总量有关,更大程度上由其形态分布所决定[17]。关于重金属的形态分级,还没有统一的定义方法,目前重金属形态分级采用最广泛的方法是Tessier等[18]提出的可交换态、铁-锰氧化物结合态、碳酸盐结合态、有机物结合态和残渣态5种形态。不同形态的重金属迁移能力有所不同,具体表现为:可交换态>碳酸盐结合态>铁锰氧化态>有机物结合态,残渣态比较稳定,几乎不迁移[19]。重金属的生物利用率与其迁移能力正相关,碳酸盐结合态和可交换态等迁移能力强、生物利用率高的形态称为有效态。有机结合态和铁锰氧化态迁移能力较弱,称为潜在有效态,但较容易转变为有效态。残渣态由于稳定性很强,生物利用率极低,所以又称为不可利用态[3]。Beata Janowska等[20]对污泥中Hg的形态进行了分析,结果表明虽然污泥中总Hg的浓度较高,但是其有效态含量不到总量的0.4%。邓炳波等[8]对合肥5个污水处理厂的污泥重金属形态进行了分析,结果表明不同污泥样品中各重金属元素形态分布呈现出不同规律,Cr、Cu和Pb较稳定,生物利用率较低;As的稳定性相对较差,生物利用率相对较高;Zn在污泥中稳定性最差,生物利用率最高;而Cd在不同污泥样品中的形态分布差异较大。Braga等[21]研究了6个污水处理厂污泥重金属形态与发酵产甲烷活性的关系,结果表明,Se、Zn、Ni和Fe在全部样品中均主要以有机物和硫化物形式存在,生物利用率很低;而Co和K主要以可交换态和碳酸盐态形式存在,生物利用率较高;而总Cr和总Pb的浓度很低,不会影响产甲烷活性。吴小卉等[22]利用SBR对城市污泥进行了生物沥滤,结果表明在生物沥滤后,污泥中Zn和Cu均以残渣态存在。邱明芳[23]对29个城市的污水处理厂的污泥中Hg、Cr和As的形态进行了分析,结果表明污泥中的Hg 97%以上以残渣态存在,Cr和As存在的形态差别较大,但有效态比例均不足重金属全量的10%。

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