超聲波協(xié)同硝酸提取城市污泥重金屬的研究

1、1.前言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對環(huán)境的要求越來越高，用以控制水污染的城市污水廠相繼建成。目前，我國已建成并運(yùn)轉(zhuǎn)的城市污水處理廠有400余座，年處理污水能力為×108m3。據(jù)測算，我國城市污水量在未來20年還會(huì)有較大增長，2010年污水排放量將達(dá)到440×108m3/d，2020年污水排放量將達(dá)到536×108m3/d1×107噸（按含水率80%計(jì)），每年以10%的速度遞增3。另外，污泥處理費(fèi)用能夠占據(jù)污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的20-50%，投資能夠占污水處理廠總投資的30-40%1。因此，我國污泥處水處理事業(yè)在不斷取得進(jìn)步的同時(shí)，也將面臨巨大的污泥處理處置壓力

2、。表1 西歐、美國和英國的污泥處置情況處置方法 西歐 美國 英國 愛爾蘭農(nóng)用 30 40 42 60填埋 45 24 8 12投海 18 19 30 28焚燒 7 21 7 0調(diào)節(jié)土壤 - - 2 0經(jīng)濟(jì)利用 - - 6 6儲(chǔ)存 - - 5 0目前，污泥處置方式主要有填埋、焚燒、倒海和農(nóng)業(yè)利用等。從表1中可以看出當(dāng)前世界發(fā)達(dá)國家主要的污泥處置方式就是土地利用，從表2可知，在我國，以廣州市為例污泥，一般含有大量的氮、磷、鉀的營養(yǎng)成分，可以用作肥料和土壤改良劑。因此土地利用不但可以有效利用污泥中有用的營養(yǎng)物質(zhì)，使其重新參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，而且費(fèi)用低廉，消納量也很大，所以逐漸成為污泥利用的主流。

3、但重金屬卻成為了污泥農(nóng)用的主要限制因子，無論是將污泥直接經(jīng)過簡單處理施入農(nóng)田，還是將污泥發(fā)酵作為有機(jī)原料，生產(chǎn)有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，都不可避免將對環(huán)境有害的重金屬帶入環(huán)境。同時(shí)城市污泥中大量的重金屬，在土地利用過程中容易對土壤、地下水和動(dòng)植物造成二次污染，即使經(jīng)過堆肥化也未能對重金屬的問題有實(shí)質(zhì)性的解決。所以鑒于污泥中重金屬所造成的巨大危害性的影響，各國的專家及學(xué)者針對去除污泥中重金屬或降低其含量作了大量卓有成效的工作2。表2 廣州市污泥中的營養(yǎng)成分（單位：）污水廠名稱 氮磷鉀獵德污水廠大坦沙污水廠廣州開發(fā)區(qū)污水廠 國內(nèi)其它大型污水處廠1.2 污泥重金屬去除技術(shù)現(xiàn)狀物理方法物理方法去除污泥中

4、重金屬的方法主要有活性炭吸附、電極法、電磁法等?；钚蕴课椒ǖ脑硎怯捎诨钚蕴烤哂邪l(fā)達(dá)的內(nèi)表面，在其內(nèi)表面上還可以嫁接各種基團(tuán)如羧基、內(nèi)脂、酚羥基、熒光內(nèi)脂、羰基等，采用含有基團(tuán)的活性炭吸附污泥中的重金屬，達(dá)到去除重金屬的目的。利用活性炭吸附污泥中的重金屬后，雖然重金屬可以回收，但是活性炭的吸附具有專一性并且活性炭的再生效率不高5。電極法是通過電流的作用來提高污泥的氧化還原電位( Eh 值) 和在陰陽兩極附近的溶液中的H 和OH 濃度，達(dá)到調(diào)節(jié)污泥的pH 值的作用，有利于去除污泥中的重金屬離子6。電修復(fù)技術(shù)是一種被證明有效的去除重金屬污染技術(shù)，對重金屬離子鉛、鎘、鉻、砷和汞均有較好的去效果，這

5、種無廢液產(chǎn)生的電極法是一個(gè)值得關(guān)注的方向，但是存在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因的限制，而且該技術(shù)對于在酸性環(huán)境下并不易移動(dòng)的金屬離子則需要通過加入氧化劑使它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹芙夂涂梢苿?dòng)的形式后再加以除去7。電磁法是利用高頻電壓產(chǎn)生電磁波，由于電磁波作用而產(chǎn)生熱能，進(jìn)而對污泥進(jìn)行加熱，使重金屬在污泥顆粒內(nèi)解析而達(dá)到修復(fù)的目的，該技術(shù)適用于一些易揮發(fā)性的重金屬，如汞或硒等揮發(fā)性重金屬，用此方法將其從污泥中去除，操作簡單、而且經(jīng)濟(jì)可行8。 微生物方法微生物方法能有效地去除污泥中的重金屬，那是因?yàn)榧?xì)菌產(chǎn)生的特殊酶能還原重金屬，且對Cd、Co 、Ni、Mn、Zn、Pb、Cu 等有親合力，利用微生物對重金屬的絡(luò)合、配位、離

6、子交換和吸附。再通過酸化將重金屬淋濾出來9。利用微生物來去除重金屬時(shí)，除了少數(shù)重金屬元素如Pb、Cr 的去除率低于50 %以外，其它元素如Cu、Zn、Cd、Ni 等的去除率一般在50 %以上，在一定條件下甚至達(dá)90 %以上。與化學(xué)法相比，微生物淋濾法費(fèi)用更低。對污泥中氮、磷及有機(jī)物的破壞小，可保持肥料價(jià)值(90 %N、100 %P、100 %K) 10，生物淋濾方法把污泥的好氧消化和重金屬淋濾結(jié)合起來，在負(fù)荷能力低和污泥固體濃度高時(shí)，生物淋濾過程最為經(jīng)濟(jì)。可是盡管微生物淋濾法剔除污泥中重金屬的效果良好，但如何妥善處理高濃度重金屬的淋出液也是個(gè)問題，要防止環(huán)境二次污染，通常用電解法回收重金屬，但

7、成本高。另外，在去除大部分重金屬后的污泥往往酸度較高，須進(jìn)行中和后才可以農(nóng)用，這同樣使成本增加。因此該目前尚未達(dá)到實(shí)用階段，仍需進(jìn)一步研究和完善。 化學(xué)方法去除污泥中重金屬的化學(xué)方法原理是使污泥中的重金屬由不可溶態(tài)的化合物向可溶態(tài)的離子態(tài)轉(zhuǎn)化，所以除去污泥中的重金屬可以通過提高污泥的Eh 和降低其酸度(pH值) 的辦法來達(dá)到11。所以去除污泥中重金屬的主要化學(xué)方法主要有酸化處理、離子交換、溶解作用、表面活性劑和絡(luò)合劑等，使一些難溶的金屬化合物轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)的金屬離子或金屬絡(luò)合物，達(dá)到去除它們的目的。目前研究最多的是是酸化處理， 另外就是利用絡(luò)合劑的作用進(jìn)行處理的方法。酸化處理法通常采用硫酸、鹽酸

8、、硝酸、磷酸和有機(jī)酸等化學(xué)試劑來溶解大量的金屬。而利用有機(jī)絡(luò)合劑來去除污泥中重金屬的原理是在一些難溶的金屬化合物中加入絡(luò)合劑后，將其轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)的金屬絡(luò)合物予以去除。酸化處理方法雖然是一個(gè)處理效果好、技術(shù)成熟、耗時(shí)短的方法，但是酸的耗用量大，費(fèi)用昂貴，并且酸處理后的廢液的后處理需要用大量的石灰來中和，這樣不但使成本增加，而且易造成新的二次污染。而使用EDTA 等絡(luò)合劑處理后的含有重金屬的絡(luò)合物處理也是一個(gè)令人棘手的問題。1.3 超聲波概述超聲波為聲波的一種，是介質(zhì)（空氣和液體）中的一種彈性機(jī)械波，頻率為15kHz-10MHz，超出人耳聽覺上限。依據(jù)頻率及用途不同，超聲波又可分為功率、高頻和診斷

9、超聲。功率超聲波一般作為一種能量輸入形式，常用于清洗、塑料熔接、溶液混合及強(qiáng)化化學(xué)化工過程等；高頻和診斷超聲波作為一種波動(dòng)形式，常用于醫(yī)學(xué)掃描、化學(xué)分析及松弛現(xiàn)象研究等12。超聲波協(xié)助提取污泥重金屬的基本原理有三個(gè)：超聲波熱學(xué)機(jī)理、超聲波機(jī)械機(jī)制和空化作用。熱學(xué)原理是，超聲能和其他形式的能一樣，也會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能。生成熱能的多少取決于介質(zhì)對超聲波的吸收。所吸收能量大部分或全部將轉(zhuǎn)化為熱能，從而導(dǎo)致組織溫度升高。這種吸收聲能而引起溫度升高是穩(wěn)定的，所以超聲波可以在瞬間使內(nèi)部溫度升高，加速有效成分的溶解；機(jī)械機(jī)制是由輻射壓強(qiáng)和超聲壓強(qiáng)引起的。輻射壓強(qiáng)可能引起兩種效應(yīng)：其一是簡單的騷動(dòng)效應(yīng)；其二是在溶劑

10、和懸浮體之間出現(xiàn)摩擦。這種騷動(dòng)可使蛋白質(zhì)變性，細(xì)胞組織變形。而輻射壓將給予溶劑和懸浮體以不用的加速度，即溶劑分子的速度遠(yuǎn)大于懸浮體的速度，從而在它們之間產(chǎn)生摩擦，這力量足以斷開兩碳原子之鍵，使生物分子解聚；而空化作用是指由于大能量的超聲波作用在液體里，當(dāng)液體處于稀疏狀態(tài)下時(shí)，液體會(huì)被撕裂成很多小的空穴，這些空穴一瞬間閉合，閉合時(shí)產(chǎn)生瞬間高壓，即稱為空化效應(yīng)。這種空化效應(yīng)可細(xì)化各種物質(zhì)以及制乳濁液，加速待測物中的有效成分進(jìn)入溶劑，進(jìn)一步提取可以增加有效成分提取率13。圖1表示超聲波的空化效應(yīng)產(chǎn)生極大的壓力造成被粉碎物細(xì)胞壁及整個(gè)生物體的破碎，而且整個(gè)破碎過程在瞬間完成；同時(shí)，超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)作用

11、加強(qiáng)了胞內(nèi)重金屬的釋放、擴(kuò)散及溶解，有利于重金屬成分的提取13。重金屬離子超聲波空化氣泡重金屬離子超聲波空化氣泡纖絲纖絲產(chǎn)生絮凝體的微生物圖1超聲作用下重金屬從污泥絮凝體釋放過程示意圖分散的絮凝體絮凝體產(chǎn)生絮凝體的微生物1.4 研究內(nèi)容與意義研究內(nèi)容本文將重點(diǎn)研究污泥通過超聲處理，使附著在污泥顆粒表面的重金屬受超聲空化效應(yīng)得以解析，形成游離態(tài)重金屬，再添加適量水分或調(diào)節(jié)酸堿度，通過攪拌離心，使大部分重金屬與污泥分離，完成污泥重金屬的去除的效果。研究意義污泥的處置與資源化是困擾全世界的一大難題，如何將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥經(jīng)過科學(xué)處理后，使其穩(wěn)定化、無害化、資源化，已成為我國乃至全世界環(huán)境領(lǐng)域

12、深為關(guān)注的課題之一。特別是污泥泥中的重金屬含量高，一些重金屬的含量甚至超過土壤中正常含量的數(shù)百倍，且重金屬在土壤中的停留時(shí)間長，難遷移、易富集、危害大、隨食物鏈傳遞等特點(diǎn)，一直是限制底泥資源化的主要因素。本文利用超聲波技術(shù)手段，探討污泥重金屬提取的解決方法。研究的試驗(yàn)污泥為剩余活性污泥、濃縮污泥取自廣州市大坦沙污水處理廠，該廠采用改良A2-O工藝處理生活污水。充分混勻后進(jìn)行超聲處理，在盡可能短時(shí)間內(nèi)完成各項(xiàng)理化指標(biāo)分析，以避免污泥樣品在長時(shí)間內(nèi)再次發(fā)生細(xì)胞與絮體結(jié)構(gòu)的理化性質(zhì)變化。其基本的理化性質(zhì)見表3。表3 活性污泥基本理化性質(zhì)項(xiàng)目數(shù)值我國污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)（酸性土壤）是否超標(biāo)pHORP(mV)T

13、S（mg/l）11556±含水率（%）±總銅（mg/kg）±250是總鋅（mg/kg）±500是總鉛（mg/kg）±300是總鎘（mg/kg）±5否總鉻（mg/kg）±600否注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。儀器試驗(yàn)過程中所需儀器見表4。儀器名稱型號(hào)產(chǎn)地?cái)?shù)碼鼓風(fēng)干燥器GZX-9070MBE 上海原子吸收分光光度計(jì)HitachiZ-2000日本日立電子天平FA2004N上海精密科學(xué)有限公司離心機(jī)Universal R32德國pH計(jì)PHS-3C上海偉業(yè)儀器廠移液槍1ml，5mldragon-med Ltd.超生破解儀廣州

14、可達(dá)超聲儀器設(shè)備有限公司表4試驗(yàn)器材超聲變頻器隔對付的對手音室冰塊霍姆斯儀超聲探頭污電源圖2 超聲波試驗(yàn)裝置示意圖超聲變頻器隔音室冰塊霍姆斯儀超聲探頭污泥樣品電源超聲破解儀由廣州可達(dá)超聲儀器設(shè)備有限公司提供，該儀器由發(fā)生器、換能器及超聲探頭三部分組成，其中探頭部分為MS73鈦合金圓柱體結(jié)構(gòu)，直徑20mm，長度135mm。 儀器工作頻率20kHz，可調(diào)功率500-2000W。試驗(yàn)中，將500ml活性污泥置于500ml三角瓶中，超聲處理前充分混勻。然后將超聲探頭浸于污泥液面下10mm處，通過調(diào)節(jié)作用時(shí)間向污泥輸入不同的超聲能量，以研究最佳超聲能量條件以提高污泥重金屬的提取能力。2.4 試驗(yàn)方法污泥

15、樣品的處理試驗(yàn)超聲頻率為20KHz，功率500W，而將超聲時(shí)間作為可變因素進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)節(jié)，測定污泥超聲前后水層重金屬含量變化。首先以超聲作用時(shí)間為參數(shù)，測定污泥重金屬隨作用時(shí)間變化的關(guān)系，從而選擇最佳作用時(shí)間。其次，在超聲協(xié)同下，利用硝酸提取污泥重泥金屬，分析污泥溶出重金屬含量。最后，分析對比，得出最佳確定最優(yōu)的提取酸濃度與超聲時(shí)間的組合。表5表示未加硝酸的污泥樣品的處理方法，表6表示加硝酸后污泥樣品的處理方法。每處理重復(fù)2次。試驗(yàn)測定指標(biāo)包括：（1）105條件下的烘干污泥中5種重金屬Zn、Cu、Pb、Cd和Cr總量；（2）5000rpm、20條件下離心30min的上清液中5種重金屬的溶解態(tài)含量

16、；（3）每一個(gè)處理的pH值和ORP值；（4）污泥的TS含量；表5超聲時(shí)間影響污泥溶出重金屬含量變化試驗(yàn)方案處理號(hào)超聲時(shí)間（min）污泥體積(ml)超聲功率（W）A00500500A11500500A22500500A35500500A410500500A520500500表6硝酸協(xié)同超聲作用提取污泥重金屬試驗(yàn)方案處理號(hào)濃硝酸（ml）超聲時(shí)間（min）污泥體積(ml)超聲功率（W）B00500500B11500500500500500500B22500B35500B410500B520500注：硝酸=65 mol/l；HNO3，約含HNO3 65%左右，密度為/cm3。重金屬溶解態(tài)含量的測定剩余

17、活性污泥經(jīng)充分混勻，在超聲與提取酸作用后于5000rpm和20條件下離心30min，取上清液30ml，再加入10ml 1%HNO3，定容至50ml，搖勻待測。標(biāo)線繪制：銅、鋅、鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)液配制：分別稱取金屬銅、鋅、鉛、鎘，用11硝酸20ml，用純水定容至1000ml，搖勻作標(biāo)準(zhǔn)母液，其濃度為/l。鉻：將重鉻酸鉀在105下烘干2h，冷卻，準(zhǔn)確稱取，用少量水溶解后全部轉(zhuǎn)移至容量瓶定容至100ml，搖勻，其濃度為/l。將上述5種重金屬母標(biāo)準(zhǔn)液各10ml，定容至100ml，搖勻作為混合標(biāo)準(zhǔn)液，其濃度為100mg/l。再取混合標(biāo)準(zhǔn)液10ml，定容至100ml，其濃度為10mg/l，作為混合子標(biāo)液。表7

18、混合標(biāo)準(zhǔn)液配制混合直標(biāo)液體積(ml)濃度(mg/l)定容體積(ml)50505050505050重金屬總量的測定污泥重金屬總量測定參考土壤農(nóng)化分析14，同時(shí)結(jié)合文獻(xiàn)，采用HNO3-HClO4消解樣品。稱取過100目篩的污泥風(fēng)干樣品，置于100ml三角瓶中，加入濃HNO330ml，搖勻，蓋上小漏斗，置于電熱板上，在通風(fēng)櫥中加熱至微沸，則待棕色氮氧化物基本趕完后，取下冷卻，加入高氯酸5ml，蒸發(fā)至近干，殘?jiān)鼮榛野咨Ｈ∠吕鋮s，加入1HNO325ml，溫?zé)崛芙鈿堅(jiān)?，將全部溶液及殘查定容?0ml，過濾，取濾液5ml，定容至50ml，搖勻測試。2.4.4污泥總固體含量的測定將100ml混合均勻的城市污

19、泥置于洗凈稱重的鉗鍋中，稱重，在105條件下烘干24hr，再稱重，將干污泥重量除去污泥體積即得出污泥總固體TS，詳見水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版) 15。2.4.5 pH值和ORP的測定 每處理污泥樣的pH值和ORP值均采用PHS-3C儀測，直接讀取數(shù)據(jù)。3結(jié)果與分析在加酸和未加酸的條件下，超聲時(shí)間長短對污泥基本理化性質(zhì)的影響見表8和表9。表8 不同超聲時(shí)間下污泥PH和ORP的變化處理號(hào) 超聲時(shí)間（min）PHORP（mv）A0 0A1 1A2 2A3 5A4 10A5 20272727282931282728282830從表8可以看出，超聲時(shí)間越長，污泥的PH越小，既越趨向與酸性；同時(shí)，污泥

20、的氧化還原電位（ORP）有輕微的上升，這與相關(guān)研究報(bào)道16的結(jié)論相似。表9表示在加入2.25ml的濃硝酸后，污泥的PH和ORP都發(fā)生了明顯的變化。當(dāng)將B組樣品進(jìn)行不同時(shí)間的超聲，PH發(fā)生變化，有相對上升的趨勢；但是ORP基本不發(fā)生任何變化。這可能是因?yàn)檠趸€原是由Eh是由氧化型 H2 還原型的自由能（或平衡常數(shù)），pH，氧化型與還原型量的比oxred等因子所決定16。當(dāng)加入硝酸后，溶液的平衡常數(shù)，PH處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而超聲雖然作用污泥微生物及絮凝體，并釋放一些物質(zhì)，但是硝酸是強(qiáng)氧化性，使得氧化型與還原型量的比未發(fā)生太變化，所以氧化還原電位基本不變。表9超聲協(xié)同硝酸提取污泥重金屬處理污泥的P

21、H和ORP變化處理號(hào) 超聲時(shí)間 （min） PHORP（mv）B0 0B1 1B2 2B3 5B4 10B5 20331328328329331331330328330329330332繪制圖3、4、5、6、7為此次實(shí)驗(yàn)所繪標(biāo)準(zhǔn)曲線。R=1圖3 Cu標(biāo)準(zhǔn)曲線R圖4 Zn標(biāo)準(zhǔn)曲線R圖5 Pb標(biāo)準(zhǔn)曲線R圖6 Cd標(biāo)準(zhǔn)曲線R圖7 Cr標(biāo)準(zhǔn)曲線超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬Cu去除效果 從圖8中可知，隨著超聲時(shí)間的增加，不同處理樣品，未加硝酸和加硝酸的樣品中Cu的溶解量和去除率都有明顯的上升。但是增加的規(guī)律是不太相同的，在超聲時(shí)間0到1分鐘左右，未加硝酸的樣品Cu的溶解量比加硝酸的樣品多，而在1分鐘到5分鐘

22、左右，加硝酸的樣品中Cu的溶解量先是快速增加，然后趨于線性增加；而未加硝酸樣品在整個(gè)試驗(yàn)過程中，其溶解和去除率曲線都是平滑上升。而且，可以明顯的看出，大約以10分鐘為分界點(diǎn)，10分鐘后未加硝酸的樣品對Cu的溶解與去除明顯優(yōu)于加硝酸樣品。但是在Marchioretto17等國外研究表明，在PH越低，Eh越高時(shí)，硝酸對于Cu的提取能力越強(qiáng)，但試驗(yàn)中卻出現(xiàn)不同的結(jié)果，既超聲波對硝酸的提取產(chǎn)生反作用，這可能是因?yàn)槌暡ǖ淖饔孟?，污泥里面的絮凝體被打碎，釋放出某種物質(zhì)，干擾了硝酸對Cu的溶解。其次，從總的去除率來看，未加硝酸的樣品在20分鐘時(shí)為3.79%，同時(shí)，加硝酸的樣品為2.32%，但對比Veeke

23、n 18等的試驗(yàn)結(jié)果，兩種不同處理方法對于銅離子的去除率明顯偏低。除了上面論述過的干擾原因外，可能與此次試驗(yàn)酸化的時(shí)間偏短有關(guān)。圖8 Cu在不同超聲時(shí)間下的溶解量和去除率超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬Zn去除效果如圖97%.之后，兩者的增長都趨于平緩。但是，明顯可以看去，加硝酸樣品的去除率明顯高于未加硝酸的樣品，這是因?yàn)槲勰嘀兄亟饘俚娜芙庵饕鞘躳H值控制，被酸化污泥的pH值只有低到一定程度，金屬才以離子態(tài)存在，金屬的淋出率才較高，即隨著被酸化污泥的pH值的降低而增高19。對比Veeken 17等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和其他化學(xué)提取方法的結(jié)果20，在如此短的酸化時(shí)間內(nèi)，超聲波對于Zn的去除效率明顯優(yōu)于無超聲波作

24、用的試驗(yàn)樣品。既短時(shí)間內(nèi)，在超聲波的協(xié)助下，Zn的去除效果是相當(dāng)明顯的，在10分鐘時(shí)已經(jīng)達(dá)到40。圖9 Zn在不同超聲時(shí)間下的溶解量和去除率超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬Pb去除效果從圖10可以看去，Pb在不同處理方式的樣品中，既加硝酸和未加硝酸的樣品中，pb的去除率和溶解量和Zn相似，都是隨著超聲時(shí)間的增加而增加。但是兩者明顯效果不同。對于加酸樣品，在0到1分鐘有輕微下降，而到1分鐘到2分鐘去除率和溶解量增加明顯，溶解量從mg/kg上升到mg/kg，去除率相應(yīng)的從約52%增加到62%。之后增長的趨勢相對平緩，到20分鐘是去出率達(dá)到68%。相比之下，未加硝酸樣品隨從開始的0.8%左右，一直緩緩上升，

25、增長幅度極小，到20分鐘的去除率只達(dá)到約1.6%。從以上分析可以看去，加硝酸的去除效果高于未加硝酸的處理效果，其原理與Zn的原因相似。而且，與Zn相同，與相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果18相比較，在超聲波的作用下，在短時(shí)間的酸化作用下，對Pb結(jié)果已經(jīng)達(dá)到了其他化學(xué)提取的方法的效果，甚至優(yōu)于一些方法。圖10 Pb在不同超聲時(shí)間下的溶解量和去除率超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬Cd去除效果從圖11可以看去，加酸樣品和未加酸樣品對Cr的提取有明顯的區(qū)別。未加酸樣品儀器基本不能監(jiān)測出其溶解量。這和Cd在污泥中的含量較少有很大的關(guān)系外，還和Cd只有在較高Ph時(shí)離子形態(tài)較少，既低酸度下Cd難以形成離子形態(tài)而不能被提取出來。再者就

26、是，提取時(shí)間較短。所以在未加硝酸樣品提取效果極差。反觀加硝酸樣品的溶解和去除曲線，可以看到，整個(gè)試驗(yàn)中，隨著超聲時(shí)間的增加，Cd的去除率都有明顯的增長，其中1到2分鐘是增長較快的時(shí)段。到20分鐘時(shí)Cd的溶解量達(dá)到了0.54mg/kg，去除率為26.98%。圖11 Cd在不同超聲時(shí)間下的溶解量和去除率協(xié)同硝酸對污泥重金屬Cr去除效果3mg/kg，去除率為27.24%。圖12 Cr在不同超聲時(shí)間下的溶解量和去除率3.3 超聲協(xié)同硝酸提取污泥重金屬的優(yōu)化分析在加硝酸和未加硝酸不同的污泥處理方式中，超聲波提取污泥中重金屬的最佳效果見下面的表格：表10未加硝酸下超聲對污泥重金屬的最高溶解量和去除率重金屬

27、最高溶解量(mg/kg)去除率（%）去除時(shí)間(min)CuZnPbCdCr004002020202020表11加硝酸條件下超聲對污泥重金屬的最高溶解量和去除率金屬名稱最高溶解量(mg/kg)去除率（%）去除時(shí)間(min)CuZnPbCdCr0.5432862020202020從表10和11可以看出，在不同的處理樣品的條件下，大體上對與污泥中金屬的去除效果最好的時(shí)間都是試驗(yàn)中的最高時(shí)間即20分鐘。因?yàn)槲勰嘀亟饘俚娜コ嗜Q于酸離子的附合能力、溶液的PH值、污泥對金屬離子的束縛能力、金屬離子的選擇性、和金屬的沉淀性及溫度19。在超聲波的熱學(xué)、超聲波機(jī)械機(jī)制和空化作用作用下，時(shí)間越長，超聲波作用與

28、污泥絮凝體的微生物細(xì)胞作用越完全，同時(shí)振動(dòng)減弱了污泥對金屬離子的束縛能力，加強(qiáng)了胞內(nèi)重金屬的釋放、擴(kuò)散及溶解；而且，超聲時(shí)間越長，溶液的溫度會(huì)上升，而溫度上升有利于重金屬的溶解。所以在試驗(yàn)最高時(shí)間出現(xiàn)最高溶解和去除率符合預(yù)期。其次在加硝酸和未加硝酸的對比中，可以看到除了Cu離子在未加硝酸時(shí)提取比加硝酸的樣品表現(xiàn)出更高的去除率外，其他各種金屬的提取都是加硝酸的處理方式優(yōu)于未加硝酸的處理方式，而且其中有的金屬短時(shí)間的去除率達(dá)到了較高的水平。但是對與Cu離子所出現(xiàn)現(xiàn)象，本次試驗(yàn)基于超聲時(shí)間和加酸和未加酸的研究難以得出準(zhǔn)確的原因。本文對城市污水處理廠的污泥的理化性質(zhì)和污泥中五種具有代表性的重金屬的總量

29、進(jìn)行了測定。在此基礎(chǔ)上對污泥進(jìn)行加硝酸和未加硝酸的條件下，不同超聲時(shí)間作用下污泥中五種總金屬的溶解量和去除率進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)研究，可以得到以下主要成果和結(jié)論：1.對廣州大坦沙污水處理廠的剩余活性污泥中五種重金屬總量測定，測定結(jié)果表明在所選取的五種金屬中，Cu、Zn和Pb的含量超出了農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（GB4284-84），而Cr、Cd的含量相對較低。2.超聲在不同作用時(shí)間下對污泥重金屬均有提取效果，但隨時(shí)間的增加，各種重金屬的溶出率明顯增加。在添加硝酸后，超聲的協(xié)同作用顯著地增加各種重金屬的溶出效果，超聲協(xié)同硝酸作用能顯著地去除污泥重金屬。但在本研究中，由于硝酸量添加較少，污泥中

30、殘存重金屬的Cu、Zn和Pb的含量經(jīng)硝酸在超聲協(xié)同處理后仍未達(dá)到污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。討論 總體來看，去除污泥中重金屬的處理技術(shù)并不是消滅重金屬，而是將其從污泥中分離出來21。傳統(tǒng)的加酸和絡(luò)合劑的化學(xué)提取方法有在適當(dāng)?shù)臈l件下有，對一些金屬有較好的提取效果。而超聲波的作用機(jī)理與其對污泥理化性質(zhì)的改變使得其提取污泥重金屬有明顯效果。但對于重金屬污泥的處理，僅采用單一的方法可能無法達(dá)到滿意的效果，為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)重金屬污泥農(nóng)用和重金屬回收，應(yīng)將幾種方法集成起來，聯(lián)合處理重金屬污泥，揚(yáng)長避短。從國內(nèi)外的研究可知，對于利用超聲波協(xié)同酸對重金屬的提取的研究是一個(gè)比較新穎且有一定應(yīng)用前景的課題。本人認(rèn)

31、為進(jìn)一步研究方向應(yīng)該有以下幾方面：1進(jìn)行更長時(shí)間的超聲，并使污泥酸化時(shí)間更加充分，以便更好的研究金屬溶解量和去除率。2對超聲波協(xié)同酸提取污泥重金屬過程機(jī)理進(jìn)行更深入的探討研究。3可以把超聲過程結(jié)合到底泥/污泥的的處理工藝中，使其規(guī)?；瘧?yīng)用。隨著研究進(jìn)一步深入，以后超聲波協(xié)同酸可以成為對污泥/底泥的處理處置的一個(gè)新的選擇。參 考 文 獻(xiàn)1徐強(qiáng) 張春敏 趙麗君. 污泥處理處置技術(shù)及裝置，化學(xué)工業(yè)出版社，2003: 1-32.2 劉靜，陳玉成1 城市污泥中重金屬的去除方法研究進(jìn)展，微量元素與健康研究2006， 23(3): 48513 余杰， 田寧寧， 王凱軍. 我國污泥處理、處置技術(shù)政策探討. 中

32、國給水排水. 2005: 21(8):84-87.4 王聯(lián)鵬張淑娟. 廣州市城市污泥的處理和資源化利用.廣州水利水電. 2006: 20(8):21-22.5 何爭光， 季吉吉. 鉻鍍廢水的活性炭吸附機(jī)理探討 .鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997 ，18 (1) :65 69.6 SAH J G，CHEN J Y. Study of the electrokinetic processon Cd and Pb - spiked soils . J Hazardous Materials ，1998 ，58 : 301 - 315.7 YEUNGA ，HHSU C ，MENON R M. Physicochemical soil- contaminant interactions during electrokinetic extraction . J Hazardous Materials ， 1997 ，55 : 221 - 237.8 傅茂朝. 瞬變電磁法原理及應(yīng)用 . 軍工勘察，1996 ，(2) :55 - 58.9 Ying - Xu Chen ， Yu - Mei Hua ，Shao - Hui Zhang ，et al.Transformation of heavy metal for