厌氧消化后污泥中的重金属形态分布.docxVIP

摘要：对污泥经消化后 8 种重金属的化学形态分析表明，汞、镉、铅、砷几乎全部以稳定形态存在，锌、镍、铜、铬的稳定形态含量亦不同程度地得到增加。 关键词：重金属厌氧消化化学形态 污泥在农业方面的利用日益为人们所关注，但我国城市污水厂的进水中混有大量工业 废水，工业废水中所含的重金属在水处理过程中以不同形式由液相向固相转移， 最后浓缩到 污泥中，因此这些重金属污染物成为污泥农用的最大制约因素。随着环境科学研究的深入， 人们逐渐熟悉到污泥中重金属对环境的危害除了与其总量有关外， 更大程度上取决于其形态 的分布，故污泥中重金属形态分布的研究对污泥的开发利用具有重要的指导意义。 理论依据 目前，关于自然界固体物中重金属的化学形态被人们广泛接受的理论是 Tessier 提出 的化学试剂分步提取法，它将固体颗粒物中重金属的化学形态分为 5 种： ①可交换态 主要指吸附在颗粒物上的重金属， 水相中重金属离子的组成和浓度变化主要受这部分重金属 吸附和解吸过程的影响。 ②碳酸盐结合态 主要指与颗粒物中碳酸盐结合在一起或本身就成为碳酸盐沉淀的重金属。这部分重金属对 pH 值变化最为敏感，且在酸性条件下易溶解释放。 ③铁锰氧化物结合态 天然水中的铁锰氧化物以铁锰结核或凝聚物形式存在于颗粒上， 也有的呈胶膜状覆盖在颗粒 上，其是微量重金属极好的吸着剂。 与铁锰氧化物结合在一起的或本身就成为氢氧化物沉淀 的这部分重金属称为铁锰氧化物结合态。 这一部分重金属在氧化还原电位降低时轻易释放出 来。 ④硫化物及有机结合态 指重金属硫化物沉淀及与各种形态有机质结合的重金属，这部分重金属被认为较稳定。 ⑤残渣态 指存在于石英、 粘土矿物等晶格里的重金属。 其主要来源于天然矿物， 通常不能被生物吸收，是生物无法利用的部分。 综上所述， 前三种形态稳定性差，后两种形态稳定性强。 也就是说，重金属污染物的危害主要来自前三种不稳定的重金属形态。 1 分析方法 2.1 分离提取所用试剂及条件 ①可交换态： MgCl2， pH=7.0 ，水浴温度为℃。 ②碳酸盐结合态： NaAc， pH=5.0，室温。 ③铁锰氧化物结合态： NH2OH－ HCl，水浴温度为 96℃。 ④硫化物及有机结合态： HNO3+H2O2，pH=2.0 ，水浴温度为 85℃，加热 4h。 ⑤残渣态：浓 HNO3，电热板加热至近干。 ⑥重金属总量：浓 HNO3，电热板加热至近干。 2.2 提取液中重金属的测定 测定方法见表 1。表 1 提取液中重金属的测定方法重金属镉、镍、铅、锌、铜总铬砷、汞检 测方法 CJ26.15 — 91GB7466—87 原子荧光法 2.3 污泥样品来源 污泥样品取自青岛市海泊河污水处理厂污泥处理车间。 结果与讨论 3.1 测试结果 试验分别对生污泥、消化后污泥中的重金属形态进行了分析，测定结果见表 2。 28种重金属在污泥消化前后的形态分布重金属污泥种类总浓度可交换态碳酸盐结合态铁锰氧化物结合态硫化物及有机结合态残渣态回收量回收率铜生污泥 3.2 讨论 ①在污泥所含的 8 种重金属元素中， 锌不但含量高而且主要以不稳定态形式存在； 铜主要以 稳定的硫化物及有机结合态存在，不稳定态含量约占 10%；镍的 5 种化学形态含量分布较为 均匀；铬主要以残渣态存在， 不稳定态的含量约占 1/3 ，其硫化物及有机结合态的含量极少；汞、镉、铅、砷这几种毒性较强的元素几乎全部以稳定态形式存在。 ②消化污泥中硫化物及其有机结合态的含量高于生污泥， 这说明污泥经厌氧消化后污泥中硫 酸盐等含硫化合物可被硫酸盐还原菌转化成硫离子， 硫离子可促进重金属由不稳定态向硫化物稳定态的形式转化，使污泥中重金属的稳定性提高。 结论 2 ①活性污泥中的重金属主要以可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物 及有机结合态和残渣态 5 种形态存在。其中， 前 3 种为不稳定态， 后 2 种为稳定态。污泥中 锌和镍主要以不稳定态的形式存在， 铜主要以硫化物及有机结合态存在， 铬主要以残渣态存 在，汞、镉、砷、铅等毒性大的金属元素几乎全部以残渣态存在。重金属的这种分布特征对 污泥农用比较有利。 ②经厌氧消化后污泥中铜、锌、镍、铬等重金属稳定性提高，铜的稳定态由 90%升至 98%， 锌的由 24%升至 35%，镍的由 27%升至 32%，铬的由 64%升至 69%，因此建议污泥农用应以消 化后污泥为主。 ③为进一步提高污泥中重金属的稳定性，可向污泥中适量投加能产生 S2- 的固体废弃物，这 样既节省了资金投入、 回收利用了废弃物， 又促进了不稳定态的重金属在消化过程中向稳定 的硫化形态转化，使消化污泥的农用更加安全可靠。 3