城市污泥中重金屬去除方法探析

況群 朱玉斌

（韶關(guān)市環(huán)境技術(shù)中心 廣東韶關(guān) 512026）

1 概述

“十一五”期間，隨著我國(guó)污水處理產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，污水處理能力和處理率得到了較大幅度的增長(zhǎng)，隨之而來(lái)的是污泥的產(chǎn)量迅速增加。截止2010年底，我國(guó)城市污水處理量達(dá)10262萬(wàn)m3，城市污水處理率為76.9%，分別比上一年增長(zhǎng)了13.4%和1.6%，全年脫水污泥的產(chǎn)量為2200萬(wàn)t。據(jù)有關(guān)調(diào)研顯示，我國(guó)的污水處理廠所產(chǎn)生的污泥中有80%沒(méi)有得到妥善處理。

污泥是污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的物質(zhì)，其含水率一般為80%，而且污泥中還含有大量有機(jī)物、有害成分，如果簡(jiǎn)單的傾倒、填埋很容易產(chǎn)生環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全國(guó)有300多座污水處理廠污泥去向不明，約80%污泥采用簡(jiǎn)易填埋的辦法處理，二次污染嚴(yán)重。在資金缺乏、運(yùn)行機(jī)制不完善的現(xiàn)狀下，探討污泥重金屬去除技術(shù)具有積極意義。

2 污泥中重金屬去除方法

針對(duì)我國(guó)大多數(shù)城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥，若采用農(nóng)用污泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB4284-1984）加以衡量，此部分污泥中將有一種或一種以上重金屬含量超標(biāo)[1]。這些重金屬如果處理不當(dāng)極易對(duì)地下水、土壤等造成二次污染，因此，去除或降低污泥中的超標(biāo)重金屬元素就成為有效處置和利用污泥的重點(diǎn)。

2.1 生物淋濾法

生物淋濾或生物瀝濾（bioleaching）技術(shù)是利用自然界中某些微生物的代謝產(chǎn)物的間接作用或直接作用產(chǎn)生氧化、還原、絡(luò)合等作用，將固相中的重金屬、硫及其他金屬的不溶性成分分離浸提出去的一種技術(shù)。這種技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)便，操作簡(jiǎn)單，投資少。其前期主要應(yīng)用于工業(yè)廢棄物如粉煤中重金屬脫毒與鈦、鋁、鈷等重金屬回收以及煤、石油中硫的脫除等等，還沒(méi)有大規(guī)模的應(yīng)用到城市污泥中重金屬處理階段。

生物淋濾法去除城市污泥中重金屬的作用機(jī)理主要是：通過(guò)對(duì)污泥中鐵和硫的氧化作用，使污泥的氧化還原電位升高，降低pH值，從而達(dá)到重金屬溶解目的，再通過(guò)固液分離達(dá)到去除污泥中重金屬目的。通過(guò)微生物方法能有效去除污泥重金屬，除了Cr、Pb等少數(shù)重金屬的去除率低于50%以外，其他如Cu、Zn、Cd、Ni等重金屬的去除率一般都在70%-90%，在一定條件下甚至高達(dá)90%以上[2]。但由于生物淋濾技術(shù)受到菌種穩(wěn)定性及所吸附重金屬濃度范圍較小影響，從目前研究成果來(lái)看，這種技術(shù)研究主要集中在污泥濃度和種類、溫度與起始PH值、基質(zhì)種類與用量、氧化還原電位等影響因素與重金屬去除效率間的關(guān)系[3]，還有許多技術(shù)問(wèn)題需進(jìn)一步探討。

2.2 化學(xué)方法

化學(xué)法去除污泥中的重金屬，其效率普遍較高。早在1982年Wozniak 等就曾用 V（HC1）：V（H2SO4）=1:1 的溶液對(duì)污泥進(jìn)行處理。其基本原理是通過(guò)提高污泥的氧化還原電位（Eh）和降低其酸度（pH值）來(lái)將污泥中的重金屬由不可溶態(tài)的化合物向可溶態(tài)的離子轉(zhuǎn)化，溶解后再進(jìn)行淋濾去除。氯化作用、離子交換作用、酸化作用、螯合劑和表面活性劑的絡(luò)合作用，均可使難溶態(tài)的金屬化合物形成可溶解的金屬離子或金屬絡(luò)合物。

化學(xué)方法去除城市污泥中的重金屬關(guān)鍵是要選擇好化學(xué)試劑，目前用來(lái)去除污泥中重金屬的化學(xué)試劑一般是無(wú)機(jī)強(qiáng)酸和一些有螯合作用的有機(jī)酸或螯合劑如：HCL、H2SO4、EDTA和檸檬酸等等，也有用表面活性劑與EDTA聯(lián)合去除污泥中的重金屬[4]。此外，化學(xué)法中選擇不同的操作方式對(duì)污泥中的重金屬去除效果也有不同效果，把濃硫酸加到干污泥中再加水進(jìn)行稀釋可以使污泥pH值下降的更低[5]，這種方式比把酸稀釋后再加到干污泥中的效果好。此外，振蕩比淋濾去除污泥中的重金屬效果好[6]。

2.3 植物修復(fù)法

植物修復(fù)法去除城市污泥中的重金屬主要作用機(jī)理就是利用耐重金屬植物對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行提取、固定、蒸發(fā)，從而達(dá)到治理重金屬污染的目的，主要包括植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定三個(gè)方面。以植物提取為例，該法是利用專性植物的根系超量吸收一種或幾種污染物，特別是有毒重金屬，并將其轉(zhuǎn)移到植物莖葉，然后收割莖葉，異地處理的一種方法[7]。

植物修復(fù)法研究開發(fā)時(shí)間較短，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有700多種超積累重金屬植物（hyperaccumulator），這些植物可在高濃度重金屬條件下正常發(fā)育，并在體內(nèi)累積大量重金屬，最高可達(dá)植物干重的1%以上。但由于超積累重金屬植物不可能會(huì)積累全部重金屬，此外，由于植物生長(zhǎng)緩慢，只能限于一些小規(guī)模的種植等等因素的制約，下一步應(yīng)注重對(duì)重金屬超常環(huán)境中的植物、土壤、微生物、重金屬之間關(guān)系研究；尋找更多的野生超積累植物，進(jìn)行超積累植物資源調(diào)查、建立更多的應(yīng)用植物修復(fù)處理技術(shù)的示范基地；培養(yǎng)吸收量高、生長(zhǎng)速度快的植物，加強(qiáng)基因及轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究，加強(qiáng)和相關(guān)專業(yè)技術(shù)合作，培養(yǎng)吸收量高、生長(zhǎng)速度快的植物[8]，此外也要注重對(duì)植物體內(nèi)重金屬回收利用或者后續(xù)處理問(wèn)題研究。

2.4 固化-穩(wěn)定化法

污泥重金屬的固化-穩(wěn)定化是指利用物理化學(xué)方法將污泥和穩(wěn)定化惰性材料摻合在一起，依靠惰性材料的吸附、固化等作用使重金屬轉(zhuǎn)變成低溶解性及低遷移性的穩(wěn)定狀態(tài)而不易被浸出，以此達(dá)到消除重金屬污染的目的[9]。根據(jù)固化基材及固化過(guò)程，目前常用的固化技術(shù)有水泥固化、石灰固化、塑性材料固化、有機(jī)聚合物固化、自膠結(jié)固化、熔融固化（玻璃固化）和陶瓷固化。常用的固化藥劑穩(wěn)定化處理技術(shù)有pH值控制技術(shù)、氧化/還原電位控制技術(shù)、沉淀與共沉淀技術(shù)、吸附技術(shù)等等。

實(shí)踐證明固化-穩(wěn)定化技術(shù)對(duì)于城市污泥中重金屬固定具有較好的有效性，但是固化體中重金屬的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和填埋場(chǎng)占用大量土地等不足使得這項(xiàng)技術(shù)在城市污泥重金屬處理中漸漸失去其優(yōu)勢(shì)。

2.5 電動(dòng)力修復(fù)法

電動(dòng)力修復(fù)法是近年來(lái)在國(guó)外迅速發(fā)展起來(lái)的一種污泥重金屬去除法，其主要原理就是在固體-液相系統(tǒng)中插入電極，通過(guò)施加微弱直流電形成電場(chǎng)，利用直流電場(chǎng)產(chǎn)生的各種電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，使污染物發(fā)生遷移并富集于陰極地區(qū)，從而將污染物去除[10]。

目前，電動(dòng)力修復(fù)法工藝主要有Lasagna、Electro-KleanTM電離技術(shù)、電化學(xué)自然氧化、陽(yáng)離子選擇性膜法、CEHIXM、電化學(xué)離子交換技術(shù)以及電吸附技術(shù)等等。研究表明，污泥經(jīng)酸化后通過(guò)電動(dòng)力修復(fù)法去除重金屬效果更佳，該技術(shù)具有使用化學(xué)試劑少、能耗低、修復(fù)效果好、可以回收重金屬等特點(diǎn)，被認(rèn)為是具有較好應(yīng)用前景的“綠色修復(fù)技術(shù)”，但電動(dòng)力修復(fù)法對(duì)那些去除滲透性高、傳導(dǎo)性差的污泥、土壤中的重金屬效果差。

3 研究與應(yīng)用展望

隨著我國(guó)污泥產(chǎn)量的日益增長(zhǎng)，污泥的處置逐漸受到學(xué)者和社會(huì)各界的關(guān)注，化害為利將污泥回收再利用是符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略舉措，但污泥回用必須要解決好污泥中的重金屬污染問(wèn)題。生物淋濾法、植物修復(fù)法和電動(dòng)力修復(fù)是目前研究的重點(diǎn)，植物修復(fù)法研究重點(diǎn)主要為有效富集重金屬植物的發(fā)現(xiàn)以及吸附重金屬后植物的去向等；電動(dòng)力修復(fù)在近年來(lái)研究領(lǐng)域也取得了諸多成果，這一“綠色修復(fù)技術(shù)”也是以后理論和實(shí)務(wù)界探討的重點(diǎn)技術(shù)之一。

[1]Couillard D,Zhu SC.Bacterial leaching of heavy metals from sewage sludge for agricultural application.Water,Air and Soil Pollution,1992,63:67-80

[2]莫測(cè)輝.蔡全英，吳啟堂.微生物方法降低城市污泥的重金屬含量研究進(jìn)展【J】應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2001,7（5）：511-515

[3]池星云.城市污泥中重金屬的去除方法研究進(jìn)展【J】環(huán)境科技，2009（6）：82-83

[4]陳玉成，郭穎，魏沙平.螯合劑與表面活性劑復(fù)合去除城市污泥中 Cd、Cr.[J]中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2003,24（1）：100-104

[5]Jenkins RL,Scheybeler BJ,Smith ML.Metals removal and recovery from municipal sludge.J WPCF,1981,53(1):25-32

[6]趙一德，張鵬，吳志超.生物浸瀝去除污泥中的重金屬.【J】環(huán)境工程，2002,20（1）：47-51

[7]沈德中.污染環(huán)境的生物修復(fù)【M】.第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002:312-313

[8]韓汝佳.沙明卓.污泥重金屬去除技術(shù)研究現(xiàn)狀【J】遼寧化工.2009,38（12）：907-908

[9]王白雪.污泥中重金屬處理方法研究進(jìn)展【A】.中國(guó)化學(xué)會(huì)第八屆水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集【C】.2006：513-515

[10]林小英.李玉林.動(dòng)電技術(shù)去除城市污泥中重金屬的可行性探討【J】環(huán)境技術(shù),200624(2):18-20