浸提時(shí)間對(duì)城市污泥重金屬浸出特性的影響

李偉新

（廣東省礦產(chǎn)應(yīng)用研究所，廣東 韶關(guān)512026）

在污水處理的過程中，通過細(xì)菌吸收、礦物顆粒表面吸附、化學(xué)過程沉淀等多種途徑，50%以上的重金屬會(huì)被濃縮在污水污泥中[1]，若產(chǎn)生的大量污泥未能獲得良好的安全處理處置，必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染[2]。目前，國內(nèi)外已對(duì)污泥中重金屬總含量進(jìn)行了較多的檢測(cè)，并制定了相關(guān)的污泥利用控制標(biāo)準(zhǔn)，但沒有對(duì)污泥中重金屬浸出和釋放進(jìn)行長時(shí)間的有效監(jiān)測(cè)。浸出毒性實(shí)驗(yàn)可有效地模擬污泥在外界不同環(huán)境條件作用下重金屬的釋放和遷移規(guī)律，因此污泥中重金屬的浸出毒性及淋溶特性等成為了研究的熱點(diǎn)[3-6]。本文采取了廣州市某大型污水處理廠的脫水污泥，對(duì)污泥中Zn、Cu、Pb、Cr、Mn、Ni的含量和浸出狀況進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)M，并探討了浸提時(shí)間對(duì)污泥中重金屬浸出規(guī)律的影響。本研究對(duì)廣州市污水污泥中重金屬的潛在浸出能力評(píng)價(jià)及污泥科學(xué)的處理處置等具有重要的理論價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 污泥采集和樣品制備

實(shí)驗(yàn)中所用的污泥取自廣州某大型污水處理廠 （代號(hào)為DGTZS），處理規(guī)模60.66×104m3/d，其中進(jìn)水中工業(yè)廢水所占比例40%，所用的工藝為活性污泥2級(jí)深度處理，目前的污泥主要處置方式是外運(yùn)進(jìn)行衛(wèi)生填埋。污泥取回后自然晾干，用瑪瑙研缽研磨，混勻，備用。

1.2 測(cè)定污泥常規(guī)項(xiàng)目

采用《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[7]及CJ/T221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》[8]常規(guī)分析方法測(cè)定樣品的理化性質(zhì)參數(shù)。測(cè)定結(jié)果表明，污泥的含水率84%，pH值6.84，有機(jī)質(zhì)38.1%，總氮3.21%，總磷1.19%。

1.3 污泥中重金屬的浸出實(shí)驗(yàn)

污泥樣品中重金屬的浸出實(shí)驗(yàn)按照GB5086.2—1997《固體廢物浸出毒性的浸出方法》[9]進(jìn)行。稱取污泥樣品2.0g，置于容積250mL的聚乙烯瓶內(nèi)，以泥水比1∶10（m/V）比例加入超純水（pH＝6.7±0.2）作為浸提劑，置入水浴恒溫振蕩器（110±2r/min），在室溫下振蕩浸取8h，然后靜止16h后取出，在預(yù)先安裝好濾膜0.45μm的過濾裝置過濾，收集全部濾液即為浸出液，在4℃下保存待測(cè)。

為了考察污泥中重金屬的釋放規(guī)律，對(duì)不同時(shí)間的浸出含量進(jìn)行了分析測(cè)定。 ①浸出時(shí)間設(shè)置為：1，2，4，8，16，24h；②每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行樣，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市污泥中重金屬污染狀況

表1可以看出，污泥中最高的是Mn，含量達(dá)到1152mg/kg，其次為Zn，含量987mg/kg，Cu和Ni的含量處于中等地位，而毒性較大的Pb和Cr含量較低，這與我國其他城市污泥統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致[10]。Mn和Zn含量較高的主要原因是由于進(jìn)水中工業(yè)廢水占有40%的比例，另外我國城市中排水管道大多采用了鍍鋅材料。與中國城市污泥平均值相對(duì)比，可以看出Mn和Zn的含量高于全國水平，而Cu、Pb、Ni等重金屬低于全國水平?？傮w來看，污水污泥中金屬基本控制在我國農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，但都比珠江三角洲農(nóng)田土壤平均值高。單從金屬總量來看，廣州市污水廠的城市污泥可以農(nóng)用，這并不意味著城市污泥可隨意施入農(nóng)田。污泥中重金屬的含量受到污水來源、污水組成、污水處理工藝和水平及污泥處理技術(shù)等多種因素的綜合影響。

表1 城市污泥中重金屬含量（干重）及農(nóng)用污泥中的控制標(biāo)準(zhǔn)值

2.2 浸出特征

表2可以看出，按照GB5086.2—1997《固體廢物浸出毒性的浸出方法》[9]進(jìn)行提取8h時(shí)，F(xiàn)e的浸出液濃度最高，達(dá)到7.99mg/L；其次是Mn，達(dá)到2.5mg/L；而Ni、Zn、Cu含量相對(duì)較低，分別為1.01，0.397，0.099mg/L；從高到低的順序是Fe＞Mn＞Ni＞Zn＞Cu。本次分析的污泥中重金屬總量按大小順序是Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Ni，這與污泥的浸出量順序并不一致，主要原因是各種污泥條件的聯(lián)合作用、不同污染物與污泥條件交互作用、不同污染物之間交互作用的結(jié)果。

表2 不同浸提時(shí)間對(duì)污水污泥中金屬的浸出量

單一元素在不同浸提時(shí)間范圍，也有不同的浸出特征。由圖2可以看出，Zn在1h、2h、4h、8h的浸出量有增加的趨勢(shì)，在8～16h浸出量逐漸減小，而在16～24h浸出量有增加的趨勢(shì)；Cu的浸出規(guī)律與Zn相似，也是在8h時(shí)達(dá)到峰值，但Cu在4h浸出量又有降低；Fe和Mn有相似的浸出規(guī)律，在前4h內(nèi)隨著浸提時(shí)間的增加而浸出量逐漸減少，在8～24h浸出量逐漸增加，并且Fe的浸出速率比Mn高；Ni的浸出比較有規(guī)律，在0～8h出量逐漸增加，在8h處達(dá)到峰值，而在8～24h浸出量又逐漸減小。

圖1 浸提時(shí)間對(duì)污泥中重金屬浸出的影響

由圖1說明污泥中Zn、Ni、Cu金屬在8h時(shí)有最大浸出量，F(xiàn)e和Mn的浸出量隨震蕩時(shí)間增加而增加。出現(xiàn)這種變化規(guī)律可能由于金屬在浸提過程中的吸附—解吸附有關(guān)。例如Cu和Zn在前8h浸出量增加可能由于這兩種金屬以弱吸附態(tài)形式與污泥結(jié)合的那部分金屬離子迅速解吸而釋放到水溶液中造成的；Fe和Mn浸出量增加可能由于部分活性較強(qiáng)的離子在離子交換作用及與可溶性有機(jī)物的絡(luò)合等作用下而釋放到水溶液中造成的；出現(xiàn)浸出量減小可能與釋放到水溶液中的重金屬離子又重新吸附到污泥顆粒表面有關(guān)；污泥中重金屬在水溶液中的浸出是一個(gè)非常復(fù)雜的物理、化學(xué)及微生物的綜合作用過程，使其保持“釋放—解吸—再釋放”的動(dòng)態(tài)平衡過程。

由圖1中Ni的浸出濃度的變化可見，整個(gè)過程中Ni的濃度有明顯變化，其原因可能是吸附—解吸（釋放）的動(dòng)態(tài)平衡作用。同時(shí)，圖1中也可以看出同一種污泥中不同重金屬的再吸附性也有較大差異，可能由其自身的物理化學(xué)性質(zhì)決定。

3 結(jié)語

（1）污泥中Mn和Zn含量較高，其次為Cu和Ni，而毒性較大的Pb和Cr含量較低；污水污泥中重金屬含量基本控制在我國農(nóng)用污泥中污染物標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，但都比珠三角農(nóng)田土壤平均值高。

（2）不同重金屬達(dá)到最高浸出含量所需的時(shí)間也有較大差異，其中污泥中的Zn、Cu、Ni最大浸出量在8h時(shí)，而Fe和Mn含量隨著浸提時(shí)間增加而增加；浸提時(shí)間對(duì)污泥中重金屬浸出的影響因重金屬的物理化學(xué)性質(zhì)不同而存在較大差異，這可能與浸提過程中的吸附—解吸過程、絡(luò)合—解離過程和溶解—沉淀—共沉淀等因素有關(guān)。

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