廢水污泥中重金屬的浸出特性研究

廖世國,黃啟飛,周在江,向 斌

廢水污泥中重金屬的浸出特性研究

廖世國1,黃啟飛2,周在江1,向 斌3

(1.重慶市固體廢物管理中心,重慶400020;2.中國環(huán)境科學研究院,北京100012; 3.重慶大學化學化工學院,重慶400030)

應用固體廢物浸出毒性浸出方法—硫酸硝酸法(HJ/T299-2007)和固體廢物浸出毒性浸出方法—醋酸緩沖溶液法(HJ/T300-2007)對廢水處理污泥進行了浸出實驗,并討論了浸提劑、樣品粒徑對重金屬浸出的影響。結(jié)果表明:樣品中Zn、Pb和Ni的含量很高,Cr和Cu的含量較低;醋酸緩沖溶液浸提劑的提取效果優(yōu)于HNO3/H2SO4浸提劑;重金屬浸出毒性與樣品粒徑有密切關系,固體廢物顆粒越小,浸出毒性越大。

固體廢物;重金屬;浸出

固體廢物是指在生產(chǎn)、經(jīng)營、生活和其他活動中產(chǎn)生的各種固態(tài)、半固態(tài)和高濃度液態(tài)廢物[1]。由于性質(zhì)不同,固體廢物又可分為工業(yè)固體有害廢物、放射性廢物、生活垃圾和一般廢舊物資。固體廢物在填埋、堆放或綜合利用過程中,由于受到雨水、地下水或地表水的淋漓或浸透,使其中的污染物質(zhì)進入水體和土壤,因此重金屬的浸出不容忽視[2]。浸出是固體廢物中有害物質(zhì)進入環(huán)境的主要途徑,浸出實驗是對浸出過程的實驗室模擬,受到各種物理、化學和生物因素影響,主要有:樣品本身的物理、化學性質(zhì),如樣品的種類、粒徑、形態(tài)、化學組分及pH等;與浸出體系相關的因素,如浸出過程混合液的pH,氧化還原電勢,離子強度和共存組分的影響等;設計的實驗過程,如浸提時間、液固比(L/S)、振蕩方式等[3]。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

污泥樣品采自重慶市某汽車有限公司廢水處理車間,樣品采集后置于帶塞磨口玻璃瓶內(nèi),并于4℃下保存。

1.2 儀器和試劑

翻轉(zhuǎn)式攪拌器(美國),PHB-25B型數(shù)顯酸度計(上海法蘭朵科技公司),180-80型塞曼原子吸收分光光度計(日本日立公司)。

NaOH(分析純),HNO3/H2SO4浸提劑:將質(zhì)量比為2∶1的濃硫酸和濃硝酸混合液加入到試劑水中,使p H值為3.20±0.05;酸緩沖溶液浸提劑:加5.7 mL冰醋酸至試劑水中,加64.1 mL 1 mol/L的NaOH,稀釋至1 L,使p H為4.93±0.05。

1.3 實驗方法

1.3.1 重金屬全量分析

全量浸提采用微波消解制樣,重金屬含量利用原子吸收分光光度計測定。

1.3.2 浸出實驗

重金屬浸出毒性分析實驗參照《固體廢物浸出毒性浸出方法-翻轉(zhuǎn)法》(GB5086.1-1997),分別配制HNO3/H2SO4和醋酸緩沖溶液作為浸提劑,對樣品進行浸出處理。具體方法簡述如下:

稱取污泥樣品置于提取瓶內(nèi),加入浸提劑,蓋緊瓶蓋后固定在翻轉(zhuǎn)式振蕩器上,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為30±2 r/min,在室溫下翻轉(zhuǎn)攪拌18 h后取下浸取容器,靜置30 min,在預先安裝好濾膜(0.45μm)的過濾裝置上過濾,收集全部濾液即為浸出液,于4℃下保存待測。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥重金屬含量特征

對廢水處理污泥中Zn、Cr、Pb、Ni和Cu等五種元素進行了全量分析,分析結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出,樣品中Zn,Pb和Ni含量含量較高,其中鋅含量最高,達2317 mg/kg。表1同時給出了國內(nèi)(1994-2001年)報道的城市污水污泥中重金屬含量的均值。比較發(fā)現(xiàn),廢水處理污泥中Zn、Pb和Ni的含量都高于城市污水污泥中的含量,尤其是Ni,在廢水處理污泥中的含量為1581 mg/kg,約為城市污泥污泥中的20倍。而Cr和Cu的含量則遠低于城市廢水污泥中的含量。因此應將此類固體廢物妥善處理,以免對人類和自然環(huán)境造成危害。

表1 重金屬含量 mg/kg

2.2 浸提劑對浸出毒性的影響

浸出過程的實質(zhì)就是浸提劑對固體樣品中物質(zhì)的一個溶解過程,即可溶性組分溶解后,從固相進入液相的一個過程。醋酸是在城市生活垃圾滲濾液中發(fā)現(xiàn)的最為普遍的酸性物質(zhì),其緩沖作用和絡合作用是導致廢物中金屬浸出的重要因素,因此,對于模擬共處置假設的環(huán)境選用醋酸緩沖溶液為浸提劑是合理的。另一方面,廢物中污染物浸出的液相可能來自降雨、地表水和地下水,其中降雨是最普遍的液相來源,而且,重慶市是我國典型的酸雨區(qū),降雨的酸度會增加廢物中金屬組分的浸出率,大氣中的SO2和NOX是造成酸沉降的主要原因,因此也可以選用HNO3/H2SO4作為浸提劑,模擬酸沉降對廢物及土壤中污染物浸出的影響。

本文分別采用上述兩種浸提劑,利用翻轉(zhuǎn)法對上述樣品進行了浸出毒性實驗,并測定了浸出液中Zn、Cr、Pb、Ni和Cu五種金屬元素的含量,分析結(jié)果如下表2所示。從表2中可以看出,醋酸緩沖溶液浸出體系對Zn、Ni和Cu的浸出量大于 HNO3/ H2SO4浸出體系。重金屬Cr和Pb浸出量很小,在兩種浸出體系中均未檢測到。廢水污泥中重金屬Zn的含量較高,浸出毒性大。

表2 不同浸提劑中重金屬的浸出量 mg/L

2.3 粒徑對浸出毒性的影響

目前,國內(nèi)外尚未統(tǒng)一規(guī)定固體廢物試樣的粉碎程度。本實驗將樣品破碎后,分別過孔徑為0.3, 0.5和2.0 mm的不銹鋼篩,取過篩后的樣品,加入HNO3/H2SO4浸提劑蓋緊瓶蓋后固定于翻轉(zhuǎn)振蕩器上,以(30±2)r/min振蕩(18±2)h,過濾并收集浸出液。分析結(jié)果如表3所示。從表3中可看出,隨著粒徑的減小,Zn和Cu的浸出毒性增加,當粒徑>0.3 mm時,Cr、Pb和Ni未被檢測出。以上結(jié)果也表明重金屬浸出毒性與樣品顆粒大小有著明顯關系。樣品顆粒的表面積/體積比、平均大小和材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)決定著從固相到液相的溶解所處的表面積。顆粒的粒徑小則表面積大,和浸提劑的接觸就會增加,可浸出組分與浸提劑的接觸也會增加,從而使浸出量有所增加。

表3 粒徑對樣品中重金屬浸提的影響 mg/L

3 結(jié)論

3.1 樣品中Zn,Pb和Ni含量較高,Cr和Cu的含量相對較低。廢水處理污泥應合理處理后才能排入環(huán)境。

3.2 醋酸緩沖溶液浸提劑的提取效果優(yōu)于 HNO3/ H2SO4浸提劑。

3.3 重金屬浸出毒性與樣品粒徑有密切關系,固體廢物顆粒越小,浸出毒性越大。

[1] 國家環(huán)境保護局.中國環(huán)境保護21世紀議程[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1995.

[2] Eija Schultz,Kati Vaajasaari,Anneli Joutti,et al.Toxicity of industrial wastes and waste,leaching test eluates containing organic compounds[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2002,52:248-255.

[3] Pia Lassen,Mette E Poulsen,Frank Stuer-Lauridsen,et al. Leaching of selected PAH’s and hetero-analogues from an organic matrix into synthetic ground water,influence of dissolved humic material[J].Chemosphere,1997,34(2):335-344.

[4] 陳同斌,黃啟飛,高定,等.中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢[J].環(huán)境科學學報,2003,23(5):561-569.

Study on Leaching Characteristics of Heavy Metals in Wastewater Sludge

LIAO Shi-guo1,HUANG Qi-fei2,ZHOU Zai-jiang1,XIANGBin3

The test of the leaching toxicity of wastewater sludge was carried out by employing the“Solid waste-extraction procedure for leaching toxicity-sulphuric acid&nitric acid(HJ/T299-2007)”and“Solid waste-extraction procedure for leaching toxicity-acetic acid buffer solution(HJ/T299-2007)”of China,respectively.And the effects of extractant and particle size were discussed.The results showed that the contents of Zn,Pb and Ni were relatively higher than those of Cr and Cu in wastewater sludge.The leaching of heavy metal in acetic acid buffering solution was better than that in HNO3/H2SO4solution.The leaching toxicity of heavy metal is related to the particle size. The smaller the particle size is,the greater the leaching toxicity is.

wastewater sludge;heavy metals;leaching

(1.Chongqing Solid Waste Management Center,Chongqing 400015,China; 2.Chinese Research Academy of Environment Sciences,Beijing 100012,China; 3.College of Chemistry and Chemical Engineering,Chongqing University,Chongqing 400030,China)

X703.1

A

1674-2842(2010)01-0024-02

2009-05-11

廖世國(1966-),男,高級工程師,碩士,從事環(huán)境保護研究。