城市污泥中重金屬的處理及污泥資源化利用現(xiàn)狀

1、城市污泥中重金屬的處理及污泥資源化利用現(xiàn)狀摘要：隨著我國(guó)居民生活水平的提高和城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)備的建設(shè)不斷加強(qiáng)。在大規(guī)模的處理污水后，城市污泥中重金屬的處理成為了污泥再次利用的主要問(wèn)題。該文綜述了城市污泥中重金屬的形態(tài)分布及特點(diǎn)，并介紹了當(dāng)前我國(guó)處理城市污泥重金屬主要技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)污泥處理技術(shù)及污泥應(yīng)用進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：城市污泥；重金屬；處理技術(shù)在城鎮(zhèn)污水處理過(guò)程中，活性污泥作為吸收污染物的載體而被大量使用。截至2016年3月底，我國(guó)城鎮(zhèn)共計(jì)建成污水處理廠3910座，污水處理能力約1.67億t/d1。在污水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)成大量的污泥堆積，這些污泥如果得不到及時(shí)有效的處

2、理，將會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)峻的污染問(wèn)題2。目前對(duì)城市污泥的有效處理方法主要有填埋、焚燒、投海和農(nóng)用，而填埋、焚燒和投海都會(huì)不同程度的再次帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題3。由于城市污泥含有大量可以作為肥料的生物化合物和有機(jī)質(zhì)，可以提高土壤的肥力4,污泥堆肥是目前研究的熱門(mén)方向之一，也是城市污泥最有前景的處理方式之一，但其中的重金屬污染難以去除5-6,是污泥堆肥最主要的障礙。1城市污泥中重金屬含量和種類(lèi)由于我國(guó)地幅廣闊，且城市污泥的來(lái)源和種類(lèi)均有所不同，所以©e魯鞘形勰嘀兄亟鶚艉©量和種類(lèi)差異較為明顯。郭廣慧等7統(tǒng)計(jì)了近8年的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的中國(guó)城市污泥重金屬含量，結(jié)果表明，主要的超標(biāo)金屬有As、

3、Hg、Cu、Cr、Zn、Cd、Ni和Pb,且不同金屬在不同區(qū)域超標(biāo)量有一定差異。鄧炳波等8對(duì)合肥市5家污水處理廠中重金屬進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，各污水處理廠污泥重金屬濃度各異，其中部分污水處理廠污泥中As、Cd超出農(nóng)用泥質(zhì)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但測(cè)得各污水處理廠污泥中各重金屬濃度均低于GB/T23486-2009限值。林榮科等9對(duì)廣西城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中重金屬進(jìn)行了分析，結(jié)果表明As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量均滿(mǎn)足CJ/T309-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可施用于相應(yīng)農(nóng)作物。劉亞納等10研究了洛陽(yáng)市3個(gè)污水處理廠污泥中Cu、Zn、Ni、Cr和Pb的含量，結(jié)果表明僅

4、有1個(gè)污水處理廠污泥中Cu、Zn和Ni含量超過(guò)了農(nóng)用泥質(zhì)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值(CJ/T309-2009)。張亞婧11選取了29個(gè)污泥樣品對(duì)Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn進(jìn)行了分析，結(jié)果表明不同的污泥樣品具有較大的變化范圍。王濤12匯總并分析了國(guó)內(nèi)90個(gè)污水處理廠的污泥泥質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥泥質(zhì)總體上是適合土地利用的，重金屬風(fēng)險(xiǎn)由大到小排序?yàn)椋篐g、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B。古麗戈娜等13對(duì)喀什污水處理廠污泥重金屬進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，污泥中Cd的含量較高，超出中國(guó)酸性土壤的農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，而Pb含量未超出農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)范圍。王哲等14對(duì)包頭市污水處理廠污泥重金

5、屬進(jìn)行了分析，結(jié)果表明Zn、Cu、Cr、Pb、Mn5種重金屬均為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，所以污泥經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理可以比較安全地用于園林綠化當(dāng)中。白莉萍等15對(duì)北京地區(qū)不同污水處理廠堆肥污泥的營(yíng)養(yǎng)元素含量變化和重金屬含量狀況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，A、B型堆肥污泥的重金屬含量因污泥來(lái)源和年份而異。張麗麗等16對(duì)我國(guó)近30年來(lái)城市污水處理廠污泥中重金屬分布特征和年代變化規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，近30年來(lái)城市污水處理廠污泥中Cd、Pb、Cr、As、Hg、Cu、Ni、Zn平均值或中位值雖然符合GB18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中污泥農(nóng)用時(shí)重金屬控制標(biāo)準(zhǔn)限值，但數(shù)據(jù)離散且呈偏態(tài)分布，所以其中部分污

6、泥的Cu、Zn、Cr、Hg、Ni和Cd的含量依然超標(biāo)，其中Ni、Hg和Cd超標(biāo)倍數(shù)相對(duì)最高。2城市污泥中重金屬的形態(tài)重金屬的生物毒性不僅與其總量有關(guān)，更大程度上由其形態(tài)分布所決定17。關(guān)于重金屬的形態(tài)分級(jí)，還沒(méi)有統(tǒng)一的定義方法，目前重金屬形態(tài)分級(jí)采用最廣泛的方法是Tessier等18提出的可交換態(tài)、鐵-錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)5種形態(tài)。不同形態(tài)的重金屬遷移能力有所不同，具體表現(xiàn)為：可交換態(tài)碳酸鹽結(jié)合態(tài)鐵錳氧化態(tài)有機(jī)物結(jié)合態(tài)，殘?jiān)鼞B(tài)比較穩(wěn)定，幾乎不遷移19。重金屬的生物利用率與其遷移能力正相關(guān)，碳酸鹽結(jié)合態(tài)和可交換態(tài)等遷移能力強(qiáng)、生物利用率高的形態(tài)稱(chēng)為有效態(tài)。有機(jī)結(jié)合態(tài)

7、和鐵錳氧化態(tài)遷移能力較弱，稱(chēng)為潛在有效態(tài)，但較容易轉(zhuǎn)變?yōu)橛行B(tài)。殘?jiān)鼞B(tài)由于穩(wěn)定性很強(qiáng)，生物利用率極低，所以又稱(chēng)為不可利用態(tài)3。BeataJanowska等20對(duì)污泥中Hg的形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明雖然污泥中總Hg的濃度較高，但是其有效態(tài)含量不到總量的0.4%。鄧炳波等8對(duì)合肥5個(gè)污水處理廠的污泥重金屬形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明不同污泥樣品中各重金屬元素形態(tài)分布呈現(xiàn)出不同規(guī)律，Cr、Cu和Pb較穩(wěn)定，生物利用率較低；As的穩(wěn)定性相對(duì)較差，生物利用率相對(duì)較高；Zn在污泥中穩(wěn)定性最差，生物利用率最高；而Cd在不同污泥樣品中的形態(tài)分布差異較大。Braga等21研究了6個(gè)污水處理廠污泥重金屬形態(tài)與發(fā)酵產(chǎn)甲

8、烷活性的關(guān)系，結(jié)果表明，Se、Zn、Ni和Fe在全部樣品中均主要以有機(jī)物和硫化物形式存在，生物利用率很低；而Co和K主要以可交換態(tài)和碳酸鹽態(tài)形式存在，生物利用率較高；而總Cr和總Pb的濃度很低，不會(huì)影響產(chǎn)甲烷活性。吳小卉等22利用SBR對(duì)城市污泥進(jìn)行了生物瀝濾，結(jié)果表明在生物瀝濾后，污泥中Zn和Cu均以殘?jiān)鼞B(tài)存在。邱明芳23對(duì)29個(gè)城市的污水處理廠的污泥中Hg、Cr和As的形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明污泥中的Hg97%以上以殘?jiān)鼞B(tài)存在，Cr和As存在的形態(tài)差別較大，但有效態(tài)比例均不足重金屬全量的10%。31張娟，丁雷，徐鑫，等.生物淋濾技術(shù)對(duì)城市污泥中高濃度重金屬的去除J.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016，

9、10（12）：7283-7288.32邱秀文，周桂香，楊期勇，等.一株嗜酸異養(yǎng)菌的分離鑒定及其重金屬耐受性研究J.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2017,40（1）：64-69.33李桃，周俊，李偉，等生物瀝浸對(duì)自然干化污泥重金屬去除效果研究J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（2）：569-575.34何芳芳，陳雅順，張德剛，等.六種觀賞型水生植物對(duì)水體中銅、鋅、鉛的凈化研究J.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，55（2）：327-332.35宋力，黃勤超，黃民生利用荷花與睡蓮對(duì)沉積物中重金屬的修復(fù)研究J.光譜學(xué)與光譜分析，2016，36（9）：2884-2888.36 FiorentinoN,VentorinoCV,

10、RoccoV,etal.GiantreedgrowthandeffectsonsoilbiologicalfertilityinassistedphytoremediationofanindustrialpollutedsoilJ.ScieneeoftheTotalEnvironment,2017,575：1375-1383.37 冉建平花卉植物對(duì)污泥中重金屬的去除效果一一以吊蘭和蝴蝶梅為例J.遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013,15（5）：4-6.38 SpeirTW,VanAP,SchaikHJ,etal.Heavymetalsinsoil,plantandgroundwaterfollo

11、winghigh-ratesewagesludgeapplicationtolandJ.WaterAirSoilPollution,2003,150：319-358.39 FuentesL,MercedesJ,SaezA,etal.SimpleandsequentialextractionsofheavymetalsfromdifferentsewagesludgeJ.Chemosphere,2004,54：1039-1047.40 葉濤，黃麗，張克強(qiáng)，等.皂角苷和檸檬酸聯(lián)合去除厭氧消化污泥中重金屬的研究J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017,37（5）：1798-1807.41 牛盾，付德申，劉唱，等無(wú)機(jī)鹽對(duì)城市污泥堆肥處理中重金屬Pb和Zn的形態(tài)影響研究J.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2016,42（5）：91-95.42 李閃，張智良，熊昌貴，等.檸檬酸、天冬氨酸復(fù)合酸浸法去除污泥中的重金屬研究J.工業(yè)安全與環(huán)保，2014,8：90-92.43 顧祝禹，艾克拜爾伊拉洪，吐?tīng)栠d吐?tīng)柡?，等電化學(xué)方法去除污泥中重金屬的研究J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014,34（10）：2547-2551.44 蕭晨霞電動(dòng)力方法聯(lián)合化學(xué)絡(luò)合法強(qiáng)化捕集去除城市污泥中重金屬及回收產(chǎn)物的研究D.浙江大學(xué)，2015.45 彭桂群.