城市污泥重金屬鈍化試驗(yàn)研究

唐 瑤, 李碧清, 馮 新，唐 霞, 肖先念, 朱 蕾

(1.廣州大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州 510006；2.廣州市市政污水處理總廠,廣東 廣州 510655)

?

城市污泥重金屬鈍化試驗(yàn)研究

唐 瑤1,2, 李碧清2*, 馮 新2，唐 霞2, 肖先念2, 朱 蕾2

(1.廣州大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州 510006；2.廣州市市政污水處理總廠,廣東 廣州 510655)

研究了城市污水廠污泥好氧堆肥過(guò)程中的重金屬鈍化規(guī)律.由蘑菇渣、磷礦粉、雞糞、高溫菌種與城市污泥組成的試驗(yàn)堆體在微生物作用下快速干化.經(jīng)過(guò)30天的好氧堆肥,試驗(yàn)堆體穩(wěn)定態(tài)鉻的比例達(dá)到了67～80%,穩(wěn)定態(tài)銅的比例達(dá)到了31～41%,穩(wěn)定態(tài)鎳的比例達(dá)到了49～57%,穩(wěn)定態(tài)鋅的比例達(dá)到了46～55%,穩(wěn)定態(tài)錳的比例達(dá)到了56～64%,污泥重金屬的生物活性和毒性減少.生成的復(fù)合有機(jī)肥施用于園林綠化.圖5，表2，參5.

城市污泥；好氧堆肥；重金屬；鈍化

城市污水廠污泥中的重金屬是使城市污泥難以大規(guī)模變成有機(jī)肥的主要因素.城市污水廠污泥來(lái)自大自然,應(yīng)科學(xué)合理地處理處置污泥,使城市污泥成為有機(jī)肥與緩效肥回到大自然.大量化肥施用于農(nóng)業(yè)與林業(yè)既影響了土壤結(jié)構(gòu)與土壤肥力,又增加了水環(huán)境的面源污染.好氧堆肥試驗(yàn)探討了廣州市污水處理廠離心脫水污泥的重金屬鈍化相關(guān)技術(shù).

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣州從化市鰲頭鎮(zhèn)西湖村,試驗(yàn)于2012年10月開(kāi)始.試驗(yàn)污泥來(lái)自廣州市石井污水處理廠離心脫水污泥,試驗(yàn)堆體采用梯形斷面條狀,每個(gè)條堆長(zhǎng)45 m,寬3 m,堆體高1.2 m～1.5 m.試驗(yàn)堆體共6個(gè),每個(gè)堆體間隔2 m.試驗(yàn)堆體底部設(shè)有塑料管通風(fēng)系統(tǒng),試驗(yàn)堆體最大通風(fēng)量為0.55 m3/(m3·min).實(shí)測(cè)試驗(yàn)污泥中重金屬鉻、銅、鎳、鋅及錳含量為844.3 mg/kg,2 464.9 mg/kg,93.6 mg/kg,1 814.7 mg/kg,488.9 mg/kg；試驗(yàn)污泥中重金屬鉻、銅、鎳、鋅及錳殘?jiān)鼞B(tài)含量385.6 mg/kg,302.5 mg/kg,28.9 mg/kg,242.3 mg/kg,230.3 mg/kg.

表1 6個(gè)試驗(yàn)方案Tab.1 Six experimental schemes

五種物料進(jìn)入堆肥條堆開(kāi)始生物發(fā)酵干化,重金屬含量和殘?jiān)鼞B(tài)重金屬含量取樣頻率為堆肥期間的第1天、3天、5天、7天、9天、12天、15天、22天、30天,實(shí)驗(yàn)室測(cè)定.重金屬含量采用消解+ICP儀測(cè)定法；殘?jiān)鼞B(tài)重金屬含量采用5步提取法[1-3].

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鉻的測(cè)定數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

試驗(yàn)堆體成形時(shí),各堆體穩(wěn)定態(tài)鉻比例為35～45%,此時(shí)穩(wěn)定態(tài)鉻比例最低,隨后3天內(nèi)快速增加,第3天堆體1#、2#、3#、4#、5#、6#穩(wěn)定態(tài)鉻比例分別為67%、50%、80%、74%、66%、80%；隨后穩(wěn)定態(tài)鉻比例緩慢增第30天達(dá)到最高,分別達(dá)到92%、76%、86%、80%、80%、85%(見(jiàn)圖1).

2.2 銅的測(cè)定數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

試驗(yàn)堆體成形時(shí),各堆體穩(wěn)定態(tài)銅為10～15%,堆體此時(shí)穩(wěn)定態(tài)銅的比例最低；在隨后的3天內(nèi)快速增加,第3天堆體1#、2#、3#、4#、5#、6#穩(wěn)定態(tài)銅的比例分別達(dá)到了27%、16%、29%、36%、31%、30%,然后比例緩慢增加,在第30天達(dá)到最高,分別達(dá)到了34%、31%、34%、34%、40%、41%(見(jiàn)圖2).

圖2 穩(wěn)態(tài)銅比例變化曲線Fig.2 Curve of the Proportion of steady- state copper

2.3 鎳的測(cè)定數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

試驗(yàn)堆體成形時(shí),各堆體穩(wěn)定態(tài)鎳的比例為40～50%,堆體此時(shí)穩(wěn)定態(tài)鎳的比例相對(duì)較低；隨后比例逐漸增加,第11天堆體1#、2#、3#、4#、5#、6#穩(wěn)定態(tài)鎳的比例分別達(dá)到了61%、60%、56%、68%、63%、59%；隨后比例緩慢減少,在第30天分別為52%、50%、52%、49%、58%、57%.由圖3可見(jiàn)各堆體穩(wěn)定態(tài)鎳的比例都相對(duì)較高,其中堆體5#、6#穩(wěn)定態(tài)鎳的比例相對(duì)堆體1#、2#、3#、4#更高與更穩(wěn)定(見(jiàn)圖3).

圖3 穩(wěn)態(tài)鎳比例變化曲線Fig.3 Curve of the Proportion of steady- state nickel

2.4 鋅的測(cè)定數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

試驗(yàn)堆體成形時(shí),各堆體穩(wěn)定態(tài)鋅比例比例為10～15%,堆體此時(shí)穩(wěn)定態(tài)鋅的比例相對(duì)最低；隨后3天比例增長(zhǎng)非常迅速,第3天堆體1#、2#、3#、4#、5#、6#穩(wěn)定態(tài)鋅的比例分別增加到63%、63%、70%、66%、73%、74%,然后緩慢增加,第11天穩(wěn)定態(tài)鋅的比例分別達(dá)到了81%、80%、88%、85%、95%、89%,隨后比例逐漸減少,在第30天分別為46%、49%、50%、50%、55%、55%.其中堆體5#、6#穩(wěn)定態(tài)鋅的比例相對(duì)堆體1#、2#、3#、4#更高與更穩(wěn)定(見(jiàn)圖4).

2.5 錳的測(cè)定數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

試驗(yàn)堆體成形時(shí),各堆體穩(wěn)定態(tài)錳的比例比例為10%～30%,堆體此時(shí)穩(wěn)定態(tài)錳的比例相對(duì)最低；隨后的三天增長(zhǎng)非常迅速,第3天堆體1#、2#、3#、4#、5#、6#穩(wěn)定態(tài)鋅的比例分別增加到68%、41%、62%、77%、68%、67%,從第3天到第30天穩(wěn)定態(tài)鋅的比例變化很較小,在第30天分別為56%、58%、57%、64%、62%、56%.由圖5可見(jiàn)各堆體穩(wěn)定態(tài)鋅的比例都有較大幅度提高(見(jiàn)圖5).

圖4 穩(wěn)態(tài)鋅比例變化曲線Fig.4 Curve of the Proportion of steady- state zinc

圖5 穩(wěn)態(tài)錳比例變化曲線Fig.5 Curve of the Proportion of steady- state manganese

3 重金屬總量檢測(cè)與分析

城市污泥好氧堆肥各堆體重金屬總量檢測(cè)均值見(jiàn)表2.由表2知,各試驗(yàn)堆體重金屬含量都滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T309—2009)中的B級(jí)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),除總銅外其他重金屬指標(biāo)都滿足A級(jí)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4,5].

表2 堆體重金屬檢測(cè)結(jié)果 (單位：mg/kg)Tab.2 Determination results of heavy metal content in dry sludge stack (Unit:mg/kg)

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

各堆體重金屬鉻、銅、鎳、鋅、錳的穩(wěn)定態(tài)比例均有增加,試驗(yàn)堆體5#、6#試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)試驗(yàn)堆體1#、2#、3#、4#試驗(yàn)結(jié)果更優(yōu).

試驗(yàn)堆體中的重金屬形態(tài)有交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)五種.可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為不穩(wěn)定態(tài),有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘留態(tài)為穩(wěn)定態(tài).可交換態(tài)重金屬容易被作物吸收利用,碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)重金屬不易被作物吸收利用.

好氧堆肥過(guò)程中試驗(yàn)堆體重金屬總量沒(méi)有降低,其穩(wěn)定態(tài)的比例有較大幅度,有效降低了污城市污泥中重金屬活性.

5 結(jié) 語(yǔ)

由蘑菇渣、磷礦粉、雞糞、高溫菌種與城市污泥組成的試驗(yàn)堆體在微生物作用下快速干化.經(jīng)過(guò)30天的好氧堆肥,試驗(yàn)堆體穩(wěn)定態(tài)鉻、銅、鎳、鋅、錳的比例分別達(dá)到了67～80%、31～41%、49～57%、46～55%、56～64%,好氧堆肥使城市污泥重金屬被鈍化,重金屬活性和毒性減少,提高了城市污泥資源化的環(huán)境安全性.項(xiàng)目堆肥產(chǎn)品已應(yīng)用于廣州從化區(qū)城郊街萬(wàn)花園西和村的1000畝櫻花基地園.

[1] 李碧清,唐 瑤,馮 新,等.廣州市利用城市污泥生產(chǎn)有機(jī)肥的實(shí)踐[J].中國(guó)給水排水，2010,26(24)：67-69.

LI Bi-qing,TANG Yao,FENG Xin,et al.Practice of production of organic fertilizer using sewage sludge in Guangzhou[J].Chian Water﹠Wastewater,2010,26(24):67-69.

[2] 張 杰,李碧清,李繼祥,等.我國(guó)城市污水處理與利用對(duì)策研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,19(2)：80-83.

ZHANG Jie,LI Bi-qing,LI Ji-xiang,et al.Research on countermeasures of urban wastewater treatment and utilization in China[J].Journal of Hunan University of Science ﹠Technology,2004,19(2):80-83.

[3] 張 杰,李碧清.城市節(jié)制用水的理論與方法[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003,16(4)：1-3.

ZHANG Jie,LI Bi-qing.Theories and methods of city water conservation[J]. Urban Environment and Urban Ecology,2003,16(4):1-3.

[4] 李碧清,馮 新,唐 瑤,等. 城市污泥生物快速干化技術(shù)研究[J].環(huán)境工程，2014,32(8):89-91.

LI Bi-qing,FENG Xin,TANG Yao,et al.Study on fast biodrying technology of sewage sludge[J].Environment Engineering,2014,32(8):89-91.

[5] 李碧清,唐 瑤,馮 新,等. 廣州市城市污泥處理方法[J]. 環(huán)境工程，2011(Z)：220-222.

LI Bi-qing,TANG Yao,FENG Xin,et al.Methods Dealing with sewage sludge in Guangzhou[J]. Environment Engineering,2011,(z):220-222.

Biography：TANG Yao,female,born in 1973,M.E.,lecturer,engaged in mathematics and water environment recovery.

Experimental Study on the Inactivation of Heavy Metal in Sewage Sludge

TANG Yao1,2， LI Bi-qing2*, FENG Xin2， TANG Xia2， XIAO Xian-nian2， ZHU Lei2

( 1.School of mathematics and information, Guangzhou University, Guangzhou 510006,China；2.Guangzhou Sewage Treatment General Plant, Guangzhou 510655, China)

This paper studied the inactivation of heavy metal in the process of sewage sludge aerobic composting. Experiment stacks,which were made of mushroom residue,powdered rock phosphate,chicken manure,bacteria in high temperature and sewage sludge,dried fast under the effect of microbe. Proportions of steady-state chromium,copper,nickel,zinc,manganese respectively were 67～80%,31～41%,49～57%,46～55%,56～64% after aerobic composting for 30 days. The biological activity and toxicity of sewage sludge decreased. The compound organic fertilizer was used in landscape.5figs.,2tabs.,5refs.

sewage sludge; aerobic composting; heavy metal; inactivation

2014-11-20

住建部科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2011-K6-10);廣州市科技重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目2011產(chǎn)學(xué)研專項(xiàng)(編號(hào)：2011Y5-00008)

唐 瑤(1973-),女,黑龍江佳木斯人，碩士,講師,研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)與水環(huán)境恢復(fù). *通訊作者,E-mail：libiqing@sohu.com.

2095-7300(2015)01-024-04

X703

A