剩余污泥重金屬污染去除研究進展

陳超 袁建偉 張曉 任冰潔 劉建強（淤泥資源化利用河南省工程技術研究中心河南新鄉453000山水環境科技股份有限公司，河南新鄉453000）

剩余污泥重金屬污染去除研究進展

陳超1*袁建偉2張曉1任冰潔1劉建強1
（1淤泥資源化利用河南省工程技術研究中心河南新鄉4530002山水環境科技股份有限公司，河南新鄉453000）

當前我國水環境條件逐步改善，污水處理廠數量不斷增多，規模不斷擴大，而隨之產生的剩余污泥體量也逐年增加，剩余污泥重金屬直接制約其合理使用效率。通過研究分析重金屬產生原因，掌握不同地區污泥重金屬含量分布，通過使用不同方法和不同手段對污泥中的重金屬進行去除，使得找到對當地最有效最便利的去除重金屬的方法，使剩余污泥得到最終資源化利用。

剩余污泥；重金屬；種類；方法

1 引言

近年來隨著我國城鎮化和工業化步伐的不斷加快，工業污水以及生活廢水的排放量隨之急劇放大，其隨之所產生的副產物污泥的排放量也不斷增加。據統計，2011年我國污水處理廠約3100座，而截至2015年，我國已經共完成了3700座城鎮污水處理廠的建造工作，由此每年產生了巨大的污泥排放量，如今每年的排放量超過3000萬噸，而且繼續以每年10%~15%的速度增長[1]。我們知道，污水處理必然產物剩余污泥，其產生量正不斷增長，水體中有機物被污泥吞噬吸附，近一半的有機污染物被轉移分解至污泥中，同時重金屬也經過混凝沉淀和吸附被殘留在污泥中，導致重金屬類污染物種類及其含量也與日俱增，污泥處置將成為我國面臨的突出的環境治理問題[2]。

2 剩余污泥重金屬污染現狀

近年來我國深入研究剩余污泥處理辦法，具體包括焚化、堆肥、衛生填埋等處置方式，基于我國土地資源利用現狀，堆肥在我國應用比較廣泛。污泥中含有大量的有機物，在細菌的作用下，這些有機物經過堆肥腐熟后可以成為農業肥料，但是由于污泥中的重金屬含量超標，因此無法大規模應用于土地中[3]。楊軍等針對全國主要城市約100間污水廠研究了污泥樣品中的重金屬含量，發現常見超標重金屬是Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等[4]。

2.1 剩余污泥重金屬主要來源

剩余污泥重金屬含量主要由于工業排放，地表徑流等產生，同時進場污水重金屬含量以及處理工藝等多重因素的影響，據報道，通過處理污水，大約80%的重金屬通過吸附或混凝沉淀轉移到剩余污泥中。

2.2 剩余污泥重金屬含量及形態

我國剩余污泥重金屬含量變化幅度很大,由于我國城市給排水管道使用鍍鋅材料,因此Zn含量較高，其次是Cu，而Cr、Hg、Cd、As等毒性較強，所以含量通常較低。陳同斌[5]等人測試發現，Cu、Cr、Pb、Ni、Hg、Cd的含量分別在417、250、13、750、5、2.8mg/kg以內。總體來看，比起英美等發達國家，我國污泥中的重金屬含量普遍較低,而且呈現出逐漸降低的趨勢。

重金屬以不同形態存在于污泥中，直接影響重金屬的毒性及轉移方式。重金屬存在形態受多種因素的影響，包括污水的成分、污水采取的不同處理工藝措施以及重金屬元素本身的特性等。

3 剩余污泥重金屬去除技術

剩余污泥重金屬如果不有效去除，投放到環境中易對生態環境的平衡與穩定產生較大危害，同時產生二次污染。而這些不利因素也制約著污泥的進一步資源化利用。因此各種污泥重金屬去除技術被廣泛研究，當前階段污泥重金屬去除主要有以下兩種途徑，一是改變污泥中的重金屬形態，減少可交換態金屬的比例，從而達到使重金屬鈍化固定的效果。二是直接從剩余污泥中移除重金屬，以便減少污泥中重金屬的總含量，可采用物理、化學、生物方法去除重金屬。

3.1 物理方法

電動修復法的原理主要是通過對電極施加電流形成直流電場，通過在污泥內部形成電遷移、電泳等方式來調節陰極區的pH值，促使污染物遷移至陰極，達到提高污泥中重金屬離子去除率的目的。

我國剛剛開展對于此技術的研究，研究表明將污泥進行酸化處理后再進行電動修復，此時Zn、Cu、Cd的去除率均實現了顯著的提高。此方法使用化學試劑少，能耗低。

目前采用電動技術去除剩余污泥中重金屬尚處于試驗狀態，存在的主要問題包括極化、重金屬遷移、陰極區高濃度重金屬的后續處理等[6]。

3.2 化學方法

從剩余污泥中去除重金屬的化學方法主要是向污泥中投放化學藥品或者試劑(酸、無機鹽、螯合劑、化學合成表面活性劑等)，通過酸化污泥或提高污泥的氧化還原電位(Eh)降低其pH值，使污泥中的重金屬由固相變為液相，從而去除固相重金屬。

目前應用較多的化學試劑為無機酸、有機酸、螯合劑和生物表面活性劑等，但無機酸和人工合成螯合劑普遍存在難降解、容易引起二次污染等問題。生物表面活性劑和有機酸具有易生物降解，對環境影響較小，不會產生二次污染等優點，成為一類環境友好型淋洗劑，被廣泛地應用于重金屬修復領域。

3.3 生物方法

生物淋濾是向污泥中添加一定的特異化能自養型的嗜酸性硫桿菌，通過微生物生化反應，獲得能量，加速氧化還原反應，降低污泥體系的PH值，使難溶重金屬從固相變為液相，再進行污泥脫水，從而去除污泥中的重金屬。

實踐表明，采用生物淋濾法去除污泥中的重金屬時，去除率通常較高，在最佳實驗條件下，對Cu、Zn、Cd、Ni等大部分重金屬元素的去除率可超過90%[7]。

植物修復技術主要采用生態修復手段，針對不同特性重金屬，篩選出吸收能力強的特定植物，對污泥中重金屬進行吸收吸附，然后回收富集重金屬的植物，并合理有效地進行處理，就可以達到去除污泥中重金屬的目的。

4 展望

隨著人們生活質量的不斷提高，環保意識的逐漸增強，城市水污染治理開始受到全社會人們的高度重視，而附帶產生的剩余污泥有效合理的利用處置被越來越重視。如何去除污泥重金屬成為污泥資源化利用的關鍵。目前相關的治理技術或多或少存在缺陷，治理成本高，周期長成為主要原因，在現有技術基礎上，可以根據不同地區不同重金屬含量以及種類區分，采取物理-化學，化學-生物聯合措施，將成為一個新的研究思路和方向。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部．關于全國城鎮污水處理設施2011年第四季度建設和運行情況的通報［EB/OL］．

[2]翁煥新．污泥無害化減量化資源化處理新技術[M]．北京:科學出版社，2009.24-32．

[3]鄭夢啟.污水廠污泥重金屬去除技術[J].安徽農業科學，2015，43(22)：206—208

[4]楊軍，郭廣慧，陳同斌，等．中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢[J]．中國給水排水，2009，13(7)：122—124．

[5]陳同斌,黃啟飛,高??定,鄭玉琪,吳吉夫等.中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢[J].環境科學學報, 2003,23(5):561-569.

[6]黃玉娥．污水污泥中重金屬去除方法研究[D]．湖南大學，2007.

[7]劉靜，陳玉成．城市污泥中重金屬的去除方法研究進展[J]．微量元素與健康研究，2006，23(3)：48—51.