堆肥化處理后污泥中重金屬形態(tài)變化

王喜艷 李旭穎 高松花 周淑梅 王秀梅

（黑龍江農(nóng)墾林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 賓西 150431）

城市污泥是指活性污泥法處理城市污水產(chǎn)生的初沉池污泥和剩余活性污泥的總稱，是城市污水排放設(shè)施所排出的沉淀物。隨著城市化發(fā)展進程不斷加快，人民生活水平不斷提高，生活污水大量增加，城市污水處理程度和規(guī)模與日俱增，產(chǎn)生的污泥也越來越多。土地利用是目前國內(nèi)外污泥資源化利用程度最高、處置比例最大的一種途徑，而污泥中重金屬的含量是限制污泥大規(guī)模土地利用的重要因素。有研究報道認為，污泥經(jīng)過堆肥消化處理后對去除重金屬的毒性有一定效果。

1 污泥堆肥化處理的作用

堆肥化有以下作用：消除臭味，殺死病原茵和寄生蟲卵；降解大多數(shù)毒性有機物；固化和鈍化重金屬；改善物理性狀，降低含水率(可低于40%)等等。由于污泥不是疏松的物料，容易結(jié)塊，自由空隙少，過篩后的污泥顆粒細密，也不利于通氣供氧，使發(fā)酵處于厭氧狀態(tài)而易產(chǎn)生惡臭，從而達不到好氧消化的目的。因此，除污泥作為堆肥的基質(zhì)之外，還應(yīng)加入調(diào)理劑和膨脹劑，以調(diào)整物料狀況，滿足堆肥工藝或設(shè)備對物料的要求。

2 重金屬元素不同形態(tài)的提取

為研究重金屬元素在土壤中的遷移性和可被植物利用的程度，人們采用很多提取土壤中重金屬元素的方法。由Ure等人提出的BCR（Community Bureau of Reference）三步連續(xù)提取法（Ure.A.M.et al，1993），特別是由Sahuquillo等人提出的修正BCR三步連續(xù)提取法（Sahuquillo A.et al，1999），是近年來在國外開展較多的研究重金屬化學(xué)形態(tài)分布及其生物有效性的方法（Sutherland,R.A.et al，2002；Mossop.K.F.et al，2003；Pueyo.M.et al,2008）。利用這種方法可將土壤中重金屬分為可交換態(tài)及弱酸溶解態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘渣態(tài)四種形態(tài)。

可交換態(tài)和弱酸溶解態(tài)?？山粨Q態(tài)和弱酸溶解態(tài)主要包括水溶態(tài)、陽離子可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)，水溶態(tài)和可交換態(tài)在中性條件下容易釋放出來，碳酸鹽結(jié)合態(tài)是在醋酸體系(pH=5)溶解的重金屬碳酸鹽。

可還原態(tài)。可還原態(tài)是以鹽酸羥銨還原而溶解的不定型鐵錳結(jié)合的重金屬。金屬的鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)就是金屬與鐵錳氧化物聯(lián)系在一起的被包裹或本身就成為氫氧化物沉淀的部分，這部分金屬屬于較強的離子鍵結(jié)合的化學(xué)形態(tài)，所以不易釋放。

可氧化態(tài)。即有機物及硫化物結(jié)合態(tài)，是以重金屬離子為中心離子，以有機質(zhì)活性基團為配位體的結(jié)合或是硫離子與重金屬生成難溶于水的物質(zhì)。

殘渣態(tài)。這部分金屬存在于原生礦物的晶格中，在自然界正常條件下不易釋放，能長期穩(wěn)定在土壤和沉積物中，只有在風(fēng)化過程才能釋放，而風(fēng)化過程是以地質(zhì)年代計算的，相對于生物周期來說，殘渣相基本上不為生物所利用。

3 實驗材料

實驗污泥為大慶市城東污水處理廠產(chǎn)出污泥。在污泥中加入酵素菌后進行自然發(fā)酵，制成堆肥化污泥。

4 實驗結(jié)果（見表）

4.1 干化污泥和堆肥污泥中Cu的形態(tài)分布比較

在未經(jīng)發(fā)酵堆肥化處理的干化污泥中，Cu主要以可還原態(tài)和可氧化態(tài)存在，二種形態(tài)約占污泥中Cu總量的80%。我們認為，可還原態(tài)和可氧化態(tài)可視為能夠向兩個方向轉(zhuǎn)化的中間狀態(tài)。曾有研究發(fā)現(xiàn)，污泥經(jīng)過堆肥消化處理后可以增加污泥的穩(wěn)定性。在我們的實驗中可看出，經(jīng)過堆肥消化處理后污泥中Cu的形態(tài)分布比例有所改變,相當(dāng)一部分的可交換態(tài)和可還原態(tài)Cu轉(zhuǎn)化為可氧化態(tài)和殘渣態(tài)Cu。堆肥污泥與干化污泥相比，殘渣態(tài)Cu的比例明顯增加。換言之，污泥經(jīng)堆肥化處理以后，相當(dāng)一部分的Cu由易被植物吸收利用的有效態(tài)或潛在有效態(tài)轉(zhuǎn)化為不易被植物吸收利用的穩(wěn)定形態(tài)了。

4.2 干化污泥和堆肥污泥中Pb、Cd的形態(tài)分布比較

與堆肥污泥不同，在未經(jīng)發(fā)酵堆肥化處理的干化污泥中，Pb、Cd主要以可交換和弱酸溶解態(tài)以及可還原態(tài)存在，這些形態(tài)的Pb、Cd分別占污泥中 Pb、Cd總量的 80%~90%。Pb、Cd在干化污泥中的移動性與Pb、Cd在土壤和堆肥污泥中的移動性有很大程度的差別。這說明污泥在經(jīng)過發(fā)酵堆肥化處理的過程中，Pb、Cd和Cu元素一樣，存在著由不穩(wěn)定形態(tài)朝向穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)變的趨向。其原因可能在于發(fā)酵過程中微生物的作用。

4.3 干化污泥和堆肥污泥中Zn的形態(tài)分布比較

Zn在干化污泥和堆肥污泥中的分布與Zn在土壤中的形態(tài)分布規(guī)律基本一致。經(jīng)過發(fā)酵堆肥化處理的堆肥污泥中，可交換態(tài)和弱酸溶解態(tài)Zn所占比例有所降低，說明Zn經(jīng)過堆肥化處理后，也存在著由不穩(wěn)定形態(tài)向穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢。Pueyo等人的研究結(jié)果中，Zn在污泥和某些類型的污染土壤中也是以可交換態(tài)和弱酸溶解態(tài)為主（M.Pueyo,et al，2003）。

[1]吳吉夫,王淑坤,臧樹良.城市污水處理廠污泥的有效利用和相關(guān)的環(huán)境問題研究 [J].遼寧大學(xué)學(xué)報,2002,29(1):90~91

[2]Sutherland,R.A.,and F.M.G.Tack.2002,Determination of Al,Cu,Fe,Mn,Pb and Zn in certified reference materials using the optimized BCR sequential extraction procedure[J].Anal.Chim.Acta.,454:249-257.

[3]M.PUEYO,et al.Heavy metals in the environment.Prediction of trace element mobility in contaminated soils by sequential extraction[J].Environ.Qual,2003,32:2054-2066.

[4]薛文源.城市污水污泥處理與處置的途徑[J].中國給水排水，1992，1(8):41-46.