堆肥化處理后污泥中重金屬形態變化

王喜艷 李旭穎 高松花 周淑梅 王秀梅

（黑龍江農墾林業職業技術學院，黑龍江 賓西 150431）

城市污泥是指活性污泥法處理城市污水產生的初沉池污泥和剩余活性污泥的總稱，是城市污水排放設施所排出的沉淀物。隨著城市化發展進程不斷加快，人民生活水平不斷提高，生活污水大量增加，城市污水處理程度和規模與日俱增，產生的污泥也越來越多。土地利用是目前國內外污泥資源化利用程度最高、處置比例最大的一種途徑，而污泥中重金屬的含量是限制污泥大規模土地利用的重要因素。有研究報道認為，污泥經過堆肥消化處理后對去除重金屬的毒性有一定效果。

1 污泥堆肥化處理的作用

堆肥化有以下作用：消除臭味，殺死病原茵和寄生蟲卵；降解大多數毒性有機物；固化和鈍化重金屬；改善物理性狀，降低含水率(可低于40%)等等。由于污泥不是疏松的物料，容易結塊，自由空隙少，過篩后的污泥顆粒細密，也不利于通氣供氧，使發酵處于厭氧狀態而易產生惡臭，從而達不到好氧消化的目的。因此，除污泥作為堆肥的基質之外，還應加入調理劑和膨脹劑，以調整物料狀況，滿足堆肥工藝或設備對物料的要求。

2 重金屬元素不同形態的提取

為研究重金屬元素在土壤中的遷移性和可被植物利用的程度，人們采用很多提取土壤中重金屬元素的方法。由Ure等人提出的BCR（Community Bureau of Reference）三步連續提取法（Ure.A.M.et al，1993），特別是由Sahuquillo等人提出的修正BCR三步連續提取法（Sahuquillo A.et al，1999），是近年來在國外開展較多的研究重金屬化學形態分布及其生物有效性的方法（Sutherland,R.A.et al，2002；Mossop.K.F.et al，2003；Pueyo.M.et al,2008）。利用這種方法可將土壤中重金屬分為可交換態及弱酸溶解態、可還原態、可氧化態和殘渣態四種形態。

可交換態和弱酸溶解態。可交換態和弱酸溶解態主要包括水溶態、陽離子可交換態和碳酸鹽結合態，水溶態和可交換態在中性條件下容易釋放出來，碳酸鹽結合態是在醋酸體系(pH=5)溶解的重金屬碳酸鹽。

可還原態。可還原態是以鹽酸羥銨還原而溶解的不定型鐵錳結合的重金屬。金屬的鐵錳氧化物結合態就是金屬與鐵錳氧化物聯系在一起的被包裹或本身就成為氫氧化物沉淀的部分，這部分金屬屬于較強的離子鍵結合的化學形態，所以不易釋放。

可氧化態。即有機物及硫化物結合態，是以重金屬離子為中心離子，以有機質活性基團為配位體的結合或是硫離子與重金屬生成難溶于水的物質。

殘渣態。這部分金屬存在于原生礦物的晶格中，在自然界正常條件下不易釋放，能長期穩定在土壤和沉積物中，只有在風化過程才能釋放，而風化過程是以地質年代計算的，相對于生物周期來說，殘渣相基本上不為生物所利用。

3 實驗材料

實驗污泥為大慶市城東污水處理廠產出污泥。在污泥中加入酵素菌后進行自然發酵，制成堆肥化污泥。

4 實驗結果（見表）

4.1 干化污泥和堆肥污泥中Cu的形態分布比較

在未經發酵堆肥化處理的干化污泥中，Cu主要以可還原態和可氧化態存在，二種形態約占污泥中Cu總量的80%。我們認為，可還原態和可氧化態可視為能夠向兩個方向轉化的中間狀態。曾有研究發現，污泥經過堆肥消化處理后可以增加污泥的穩定性。在我們的實驗中可看出，經過堆肥消化處理后污泥中Cu的形態分布比例有所改變,相當一部分的可交換態和可還原態Cu轉化為可氧化態和殘渣態Cu。堆肥污泥與干化污泥相比，殘渣態Cu的比例明顯增加。換言之，污泥經堆肥化處理以后，相當一部分的Cu由易被植物吸收利用的有效態或潛在有效態轉化為不易被植物吸收利用的穩定形態了。

4.2 干化污泥和堆肥污泥中Pb、Cd的形態分布比較

與堆肥污泥不同，在未經發酵堆肥化處理的干化污泥中，Pb、Cd主要以可交換和弱酸溶解態以及可還原態存在，這些形態的Pb、Cd分別占污泥中 Pb、Cd總量的 80%~90%。Pb、Cd在干化污泥中的移動性與Pb、Cd在土壤和堆肥污泥中的移動性有很大程度的差別。這說明污泥在經過發酵堆肥化處理的過程中，Pb、Cd和Cu元素一樣，存在著由不穩定形態朝向穩定形態轉變的趨向。其原因可能在于發酵過程中微生物的作用。

4.3 干化污泥和堆肥污泥中Zn的形態分布比較

Zn在干化污泥和堆肥污泥中的分布與Zn在土壤中的形態分布規律基本一致。經過發酵堆肥化處理的堆肥污泥中，可交換態和弱酸溶解態Zn所占比例有所降低，說明Zn經過堆肥化處理后，也存在著由不穩定形態向穩定形態轉化的趨勢。Pueyo等人的研究結果中，Zn在污泥和某些類型的污染土壤中也是以可交換態和弱酸溶解態為主（M.Pueyo,et al，2003）。

[1]吳吉夫,王淑坤,臧樹良.城市污水處理廠污泥的有效利用和相關的環境問題研究 [J].遼寧大學學報,2002,29(1):90~91

[2]Sutherland,R.A.,and F.M.G.Tack.2002,Determination of Al,Cu,Fe,Mn,Pb and Zn in certified reference materials using the optimized BCR sequential extraction procedure[J].Anal.Chim.Acta.,454:249-257.

[3]M.PUEYO,et al.Heavy metals in the environment.Prediction of trace element mobility in contaminated soils by sequential extraction[J].Environ.Qual,2003,32:2054-2066.

[4]薛文源.城市污水污泥處理與處置的途徑[J].中國給水排水，1992，1(8):41-46.