不同添加剂对脱水污泥中重金属形态的影响研究不同添加剂对脱水污泥中重金属形态的影响研究.doc

PAGE  PAGE 14 不同添加剂对脱水污泥中重金属形态的影响研究 曹仲宏1，赵乐军1，徐泽2，胡 伟3，胡大卫1，王玉秋3 （1.天津市市政工程设计研究院，天津 300051；2.南开大学滨海学院，天津 300121；3.南开大学环境科学与工程学院，天津 300051） 摘 要：不同添加剂与脱水污泥混合填埋试验研究表明：对于金属铬（Cr）和镉（Cd）来说，生石灰、粉煤灰和粘土三种添加剂的加入均有利于它们向较为稳定的形态发生转化，有利于将其固定在填埋污泥中。添加剂生石灰的加入有利于金属铅（Pb）和锌（Zn）向稳定形态转化，对铅和锌有明显的固定作用，而添加剂粉煤灰和粘土却对铅和锌有相反的作用。生石灰、粉煤灰和粘土三种添加剂的加入对金属铜在填埋过程中向不稳定形态的转化有促进作用，不利于将金属铜在填埋过程中固定于填埋污泥中。添加剂粉煤灰对金属镍向稳定态的转化有促进作用，添加剂生石灰和粘土则起到了相反的作用，不利于金属镍在污泥中的稳定存在。 关键词：城市污泥；混合填埋；重金属；形态分析 形态分析(speciation analysis)是当前环境科学、生物化学和生命科学领域中颇为活跃的前沿性课题。研究表明，元素的不同形态具有不同的毒性特点和化学特性，同系的化合物其物理化学性质以及生物效应也可能有很大差别。同时，由于菌类和其它环境因素的影响，金属污染物中，大多数有机金属化合物具有甲基化现象，生成易挥发的有机金属代谢物，造成环境的污染，并且通过影响生物活性，进而影响环境与人类健康[1]。 环境中金属形态的分析方法很多，如溶出伏安法、离子选择电极法、化学修饰电极法、化学分离—含量测定法和形态分布规律的数学计算方法，但大多应用于水体[2]。对于固相的颗粒物（沉积物、土壤、污泥等）金属形态研究大多采用连续提取的形态分析方法，形态分析经常需要对试样进行浸提和萃取，用原子吸收光谱法测定提取液中每种形态金属的浓度。Tessier等将沉积物或土壤中金属元素的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态5种形态[3]；Cambrell认为土壤和沉积物中的重金属存在7种形态，即水溶态、易交换态、无机化合物沉淀态、大分子腐殖质结合态、氢氧化物沉淀吸收态或吸附态、硫化物沉淀态和残渣态[4]；Shuman将其分为交换态、水溶态、碳酸盐结合态、松结合有机态、氧化锰结合态、紧结合有机态、无定形氧化铁结合态和硅酸盐矿物态8种形态[5]；为融合各种不同的分类和操作方法，The Community Bureauof Peference(BCR)提出了较新的划分方法，将重金属的形态分为4种，即酸溶态(如碳酸盐结合态)、可还原态(如铁锰氧化物态)、可氧化态(如有机态)和残渣态，所用提取方法称为BCR提取法[6]。目前以Tessier的划分方法应用最多，该法所用的提取剂依次为MgCl2、NaOAc、NH2OHBHCL、HNO3+H2O2+NH4OAc、HNO3+HCL+HF，其操作条件如pH和温度需要严格控制[7]。 Tessier的分级萃取方法为固相的颗粒物（沉积物、土壤、污泥等）中复杂形态的重金属提供了一个可行的分析方法。一般认为，水溶态重金属和离子交换态重金属是最有环境影响力的部分。朱婉等在研究土壤重金属元素的形态时发现，连续提取法除对Mo的测定结果不够理想外，Fe、Mn、Zn、Ni、Cu、Co、Pb、Cr几种元素的测定精度均是较好的[8]。陈学诚等用标样GBW07401为试样定量添加不同化学形态的外源性镉进行逐级回收，证实Tessier提出的逐级提取程序应用于土壤中镉的化学分级基本可行[9]。Ana Fuentes等将连续提取的方法应用于不同种的污泥中重金属形态的比较研究[10]；Ho G.和Qiao，X.L.等将用连续提取的方法研究了污泥在添加了不同添加剂处理前后的金属存在形态的变化以及添加剂的影响[11][12][13]。 长期以来，国际上对于污泥中的重金属形态进行了较多的研究，对其中的金属元素种类、形态分布及其迁移转化规律已经有一定的了解，并形成了一系列测定方法[6][14][15][16]。研究发现，向污泥中加入一定添加剂后，金属的存在形态会发生较大变化，其在环境中迁移转化行为也随之发生改变，这些研究可以为金属形态的分析提供研究方法和理论依据[17][18][19][20][21]。本试验以污水厂脱水污泥为研究对象，研究重金属在污泥与添加剂混合填埋情况下，重金属的形态变化，可为研究重金属在填埋污泥中的迁移和转化规律提供基础，进一步为合理处置污水厂的污泥提供科学依据。 1. 试验材料与方法 1.1 试验装置 本试验使用4根玻璃钢模拟填埋柱，柱内径600mm，柱高1800mm，顶部预留加样口，底部预留采样口，