含礦污泥處置技術研究

朱 霞

(成都理工大學環境與土木工程學院，四川 成都 610059)

引言

含礦污泥是溶礦水處理過程中產生的固體沉淀物，污泥中含有的重金屬離子等有害成分進入環境中會對環境造成破壞，還會阻礙污泥的資源化利用[1]，部分重金屬離子進入河流被魚蝦吸收，最終進入人體，會對人體健康造成影響[2]。因此，去除含礦污泥中的重金屬離子，研究含礦污泥的處置技術，達到“減量化、資源化、穩定化、無害化”[3]，對環境保護方面具有重要意義。本文對污泥的一般處置技術和重金屬離子的處理方法進行研究，提出相應的含礦污泥的處置技術建議。

1 污泥一般處置技術

我國目前污泥的處置技術一般采用填埋、焚燒或建材利用等處置方式，當污泥含有有益成分時，可進行資源化利用，如土地利用等。

衛生填埋是將污泥運至垃圾填埋場與垃圾混合進行無害化填埋，是一項比較成熟的污泥處理技術。目前，我國對污泥的處置技術主要采用衛生填埋的方法[4]；國外過去采用填埋方法較多，目前由于場地的限制，填埋的處置技術在發達國家的占比在逐漸減小[5]。

污泥焚燒主要原理是通過焚燒爐焚燒，使污泥完全礦化為少量灰燼。目前國外使用較多的是鼓泡流化床[6]，國內則試制了循環流化床鍋爐[7]，但易產生大量飛灰，造成粉塵超標排放。

污泥土地利用是污泥資源化利用的一種，是目前污泥處置技術中最具有發展潛力的利用方式。主要是將處理后的污泥作為肥料用于園林、農業，除此之外，也可作為土地改良的材料。目前，國外土地利用在污泥處置技術中占比較大，最高達80%，國內污泥土地利用僅占10%[8]。其中，污泥堆肥處理是污泥處理方式中的最優處置技術，堆肥工藝有高溫好氧發酵處理技術等[9]。

污泥建材利用是將處理后的污泥作為部分原料應用于水泥、活性炭、陶粒和制磚等。目前，污泥的建材利用技術已基本成熟，具有較好的應用前景。在污泥建材利用方面，世界范圍內，日本是最重視的國家，德國、美國等也在建材利用方面進行了大量研究并加以推廣，我國在原料中添加脫水污泥制造陶粒也有較大規模的應用研究[10]。衛生填埋、污泥焚燒、污泥堆肥和建材利用的適用范圍及優缺點對比見表1。

表1 污泥的一般處置方法對比

2 重金屬離子的處理

含礦污泥中含有大量的Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等重金屬離子，會對環境造成破壞，進入人體會對人體健康產生極大危害，也會影響污泥土地利用。所以，研究污泥中的重金屬離子處理方法具有重要的意義。

目前有效的重金屬污泥處理方法有2種。去除污泥中的重金屬，包括非生物處理方法(物理、化學)和生物處理方法。前者成本較低，效果明顯，但所用時間長，占地面積大，操作繁瑣，所以非生物處理方法的研究目前引起了廣泛關注；鈍化污泥中的重金屬，減少其在環境中的遷移，即污泥穩定化處理。

2.1 重金屬處理方法

2.1.1 生物淋濾法

生物淋濾法是利用微生物的作用使重金屬發生氧化、還原、溶解和絡合作用，將其浸提分離去除，是污泥處理的主流工藝之一，常用的微生物是氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌。Cho等[11]用氧化亞鐵硫桿菌試驗，溶出了Cr、Cu、Zn和Ni等，結果表明，Cu、Cr的溶出率為82%和65%；朱南文[12]研究結果表明，重金屬在硫桿菌作用下Zn、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb溶出率為80.3%、77.7%、71.6%、54.1%、38.5%和26.4%。

2.1.2 電動修復技術

電動修復技術是指在電場力作用下，以電遷移、電滲流的方式去除污泥中的重金屬。電動修復技術的應用方面，周邦智[13]的研究結果表明，Zn、Pb、Cu的去除率分別為100%、75.2%、29.1%。電動修復的主要影響因素有電壓梯度、電流密度、電解質濃度、污泥pH和電極材料，電動修復去除重金屬能源消耗大，電解質濃度不高時，電流效率低。因此，電動修復技術應多與其它物理、化學方法結合，當前的研究熱點是螯合劑或表面活性劑協同電動反應。

2.1.3 微波法

微波法的主要原理是加快去除重金屬的反應速度，縮短時間，提高效率。薛臘梅等試驗發現，當微波功率、輻射時間為900W、10min時，EDDS對Pb、Zn、Cd的去除率分別為89%、71%、29%，相較于未引入微波時各重金屬的最高去除效率分別提高26%、33%、8%，時間從6h縮短至10min[14]。

2.1.4 化學淋濾法

化學淋濾法是通過化學試劑淋洗，將重金屬離子浸提至液相，從而達到去除目的。常用的試劑有無機酸(HNO3、HCl、H2SO4)、有機酸(FeCl3、CaCl2、NaNO3)、 螯合劑(EDTA、EDDS、PESA、PASP、Na2EDTA、IDS、GLDA)和一些生物表面活性劑(膽酸鈉、α-淀粉酶、槐糖脂、鼠李糖脂、茶皂素)等。目前國內外化學法的研究熱點是發掘綠色環保的新型生物可降解螯合劑。Bassi等用檸檬酸去除重金屬離子，試驗結果表明，Cd、Pb、Zn、Cu的浸出率分別達到100%、84%、50%、40%[15]。

2.1.5 吸附法

吸附法主要是去除污泥中的重金屬離子。通過固體吸附物本身具有的物理、化學吸附性能來吸附污泥中的重金屬離子，達到去除效果。常用細菌、霉菌、酵母菌、藻類和有機物吸附金屬離子。Kosobucki等研究表明，粒徑0.7～1.0mm的天然沸石對污泥重金屬的吸附效果最好[16]；Klimmek等研究了藻類對重金屬的吸附情況，結果表明，藍藻對Pb、Cd、Ni、Zn等重金屬離子的吸附量最高[17]。因此，藻類吸附重金屬效果好、成本低，具有廣闊的發展前景。

2.2 重金屬的穩定化處理

穩定化法主要是通過添加穩定劑降低重金屬的遷移性和生物有效性，達到降低重金屬對環境危害的目的。常用穩定劑有堿性物(石灰、粉煤灰等)、硫化物(Na2S、硫、FeS、硫酸銨、硫酸鐵等)、鹽類(磷酸鹽、硅酸鹽、腐殖質等)。曹仲宏等研究表明，生石灰、粉煤灰和黏土3種添加劑均有利于Cr和Cd向穩定形態轉化，其中粉煤灰對Cr向穩定態轉化的促進作用最明顯，而黏土對Cd的穩定作用最強[18]。在穩定化處理含礦污泥的過程中，污泥中含有的有機質和營養元素沒有被鈍化，后期可以將污泥進行土地利用處置，所以穩定化法的實際應用較廣泛。但由于穩定化的重金屬離子有一定的穩定時效，無法徹底清除重金屬對環境的危害，且極易造成二次污染，所以使用穩定化法處理重金屬需慎重。

2.3 適用性分析

上述幾種處理重金屬離子方法中，生物淋濾法、電動修復技術、微波法、化學淋濾法和吸附法均能有效去除含礦污泥中的重金屬離子，重金屬的穩定化處理也能有效減少重金屬的生物有效性，但均有一定的局限性。各方法優缺點見表2。

表2 重金屬離子處理方法對比

不同處理方法有一定的適用性和局限性，根據表2對比分析處理方法的優缺點，選擇適當的方式處理含礦污泥的重金屬離子。

3 結論

根據含礦污泥中含有的重金屬離子，結合不同的處理方法對重金屬離子的去除效果，選擇適當的方法，對污泥進行重金屬離子去除處理，使污泥無害化、資源化。同時，分析污泥特性，選擇污泥處置技術，對污泥進行資源最大化處理。但分析表明，重金屬離子去除方法均有一定的局限性，易對環境造成二次污染，還需進行深入研究，盡可能減小對環境的影響。