（环境工程专业论文）电动力修复技术处理城市污泥中重金属的研究.pdf

磺士学整论文 摘要 城市污泥中含有丰寓的有机物殿n 、p 、k 等黼养元素，同时还含有重众属及 痪蒙蓥等莠客鐾霞。污溅主逮穰震楚耱会孛鬟国馕貌楚鬟方法。污淀孛戆漂金属 是城市污漏土地利甩的薰器限制因素。本文研究以长沙市莱污水厂污泥为研究对 象，研究了电动力对污泥中重金属处理的适应性( 实验i ) ，并在实验i 的基础j = ，研 究了p h 僮辩电动力处理污淀中重金黧的影睫实验( 实验1 1 ) ，及戮抒蓉对邀勰力去 除污泥孛重露璃静影响f 实验瑾) 。 电动力修复技术是圆际环境科学和工程领域的前沿课题之一。它的基本机理 是；水饱和壤在电场的作用下，水发生电解反威，阴极产生氯气和氧氧擞离子， 鞠稷产生氯气和氢褰予，阳极产生酌氯离子在毫殇帮滚疫撵凌的终强下，翔壤 内部迁移和扩散，氢离子在迁移和扩散的过程中，鬣换和溶解士壤中的重盛属污 染物，被溶解后的重金属污染物在电场和浓度梯度的作用下，以离子迁移和电渗 戆方式朝戮壤方突定囱逶移，麸瑟这爨去滁壤浮絷穆麴瑟戆。 实验i 表明，污泥在电动力的作用下，经过5 d 艏，c d 、z n 、c l l 的总去除率分 别为6 4 5 0 、6 5 0 2 、i 易于被植物吸收的不稳定态( 可交换态、碳酸盐结合态 秘铁锰氧纯妨结合态) 的处理效果骥嶷，不稳定态瓣去除率分别5 8 。6 0 、7 5 7 3 。 毫动力修复技术处理污溅中的重金属怒可行的，修复后的污溅褥利于穗利用。 实验i i 结果表明，污泥p h 值是影响电动力修复效果的关键因素，污泥p h 值 不但可以影响污泥中重金属的存在形态还可以通过影响污泥的电导率、污溅胞温 菠秘改变污漉瓣鸯承率米影痢污澹串霹毅迁移戆熬金属含量。簿低污淀套h 值能 有效的提商修复效率、降低修复成本和缩短修复周期。 实验1 1 1 分析了分析了硫杆菌对电动力去除污泥中重金属的影响机理。硫杆菌 处理后豹污灏，p 珏夔降低，部分重金藤鼓稳定态转证惫可溶态。经簸爨蔻颡簸瑾 后的泥样和来经预处理的泥样，在同榉条件下用电动力处理，处理结果为：预处 理后c d 的去除率从6 1 8 5 上升到7 2 5 4 ，c u 从3 4 2 6 上升到6 3 5 1 ，z n 从 6 5 0 6 上升到7 l 。2 2 。颈处理对c u 的影晌比c d 、z 藏大褥多。髑瞧动力处遐c u 超 标污泥串耋众属辩，将澎淀先孀硫释麓颧楚理，可有效蟪提高箕去豫效暴，处理 厢的污泥有利于农用。 综上所盍蠡，电动力处理污泥中重众属是一门很具前景的修复技术。 荚键词：污泥；重金属；电动力修复；p h 值：硫秆菌；去豫拳 电动力修复技术处理城市污泥中重金属的研究 a b s t r a c t 曩掉a g f i l 珏f a l 鞋s eo 撤珏鞋i c 猹羹b i o s o l i d sa s 娃l l l z e f 鑫p p e a f st ob 搴t h em o s a l t e m a t i v eo w i n gt oi t sa b u n d a n n ，p ，妫a n do f g a n i cm a t t e r sf 如ma ne c o n o m i c p e r s p e c t i v ei no t l rc 0 1 i n t r y t 量l ep f e s e n c eo fm ee l e v a t e dc o n c c n n a 虹o no fh e a v ym e t a l s ， h o w e v e r f e p f e s e l l t sas e r i o u sc o n s l f a i n tl oi m p l e i n e n t a l i o no t h i sp f a 撕c e + l nl h i s p a p e r b j o s o l i d so faw a s t ew a t e rt r e a t m e n tp l a n t si nc h a n g s h ac i t yw a st a k e na st h e 8 蜷娃e x p e 娃m e 纛a ll a 端e | + t h # a s i b i l i l yo 醴e c 辖o k i 珏e t l ef e 瑶嚣d i 采l o no n 镪e 辖瑶钾舔 o fh e a v ym e t a l sf t o mm u n i c i p a lb i o s o l i d s ( e x p e r i m e n ti ) w e r ei n v e s t i g a t e d t h e e f 鹣c lo fp ho ne l e c t f o k i n e t i cr e m e d i a t i o nw 硒s t u d i e di ne x p e r i m e n ti i i e x p e f i m e n t i h ，t h ee 舭c to f 螨f d 6 拄c f z f “se n h a n c i n gt h e e m o v a le f a c i e n c i e so fh e a v ym e | a l sf r o l l l m u n i c i p a lb i o s o l i d sb ye l e c t r o k i n e t i c sw a ss t u d i e d ， 毯e 群e o f e m 嚣硅i a l i o 魏e 馥纛i 唾娃ei sa 珏矗d v 秘c i 毪鬈t 毫矗骥雾曲艇强v i f o 拄疆e 藏ls e i e 矗c e a n dt e c h n o l o g y i t sp “n c i p l ei st h a t ： a p p l i c a t i o no f d i r e c te l e c t r i cc u r r e n tv i a e l e c l l o d e s m m e f s e di nas a t l i f a t e ds o i lf e s u l t sj no x i d a t i o na tt h ea n o d e ，g e n e r a t i n ga n a c i df f o n lt h a lc a u s ed e s o r p t i o na n 娃d i s s o l u t i o no fh e a v ym e t a l s 。t h ed e s o l p e da 矬d d i s s o l u t e dh e a v ym e t a l sa r em i g r a t e dt o w a r dc a t h o d er e s e r v o i rb ye l e c t r i cf i e l d 蛊n d i o 矗sc o 登c e n t f a l i o 拄g f 程趣b y 臻e 搬c a 薤so fe l o e l 辩l 豁a t i o 岛e l e 蜣o s 氆o s 遮黼d d i f f u s i n g e x o e r i m e mis h o w e d 德e 蹦r v eo f 强ef c m o v a le f 致c i c n e so fd i 程毫r e n t s p e c i a t i o n sc da n dz n 。t h et o t a lr e m o v a lf i c i e n c i e so fc da n dz ni nm u n i c i p a ls e w a g e s i u d g ew e r e6 4 5 a n d5 2 3 6 a f t e rf i v ed a y s e l e c t r o r e m e d j a t i o n t h er e m o a l e f i c - e 建e i e so fl 确l l es t 拄e 量 翳i o 珏s 继c 连熊硅z 珏w e 转繇6 ，5 f f e 礞姻d i 珏瘿y t h el a b i l es t a t ef a c t i o n st h a lc o u l db ee a s i l ya b s o r b e db yp l a n t si n c l u d e dt h e e x 穗a n 窖e a b 重e ，e 矗内o n a t ea n df ea n dm no x i d e s 蠹a c i o n t h 嚣e l e c f o 绱m e d i a t i o n t e c h n i q u ew a sf i t t e df o fr e m o v i n gh e a v ym e t a l sf r o mm l l n i d p a ls e w a g es l u d g e ，a n d 也ee l e c t f o r e m e d i e ds l u d g ew a sf a v o r a b l et ol a n du t i l i z a i o n e x p e i m e n 主l l 豳o w e d 姆v 薮蜷e 。f 糖髓i c 至p 艇b i o s o l 蠡i s 攮e 糯苟o f 红& 甜o f d o m i n a t i n ge l e c t r o r e m e d i t i o n ，p hv a l u eo fr e ds o i lc a nn o to n l yl e a dt oh i g ht a n k v o l t a g ea n d| l i g ht e l n p e f a t u f e o fm u n i c i p a lb i o s o l i d sb yl n e a n so f d e c l 弓a s i 芏l g e l e c t r o c o n d u c t i v i t yo fs o i l ，b u la l s or e d u c er e m e d i a t j o ne f 最c i e n c yb yp f e c i p i t a t i n gp b a n dt h e nd e c r e a s i n gm o b i l i t yo fp b h e n c e ，e l e c t r o r e m e d i a t i o nt e c h n i q u e ss h o u l db e 鞠h 疆n c e ds oa sl oa p p l yt o 芏e 热e d yh e 鑫v y 糖或a l se o n l 鑫搬i 联i t e d 强珏曩 黩p 叠麟o s q l i 畦s 。 | l 硬j ：学德论文 c o 姓t r o lp hv a l u eo ft h ec a t h o d ef e s e f v o 拓w i t hh n 0 3c a ni m p f o v e 柏of e m o v 毪l e f f i c i e n c y ，d e c f e a s ec o s to fr e m e i n d i a t i o na n ds h o f t e nd l l f a t i o no fr e m e d i 袅t i o n t h ei n n u e n c eo ff 抽妇c f ? ? “善归r ，d 唧f d 玎h 5o nt h es p e c i a l j o no fh e a v ym e i a l si nt h e s 搴w 鑫鬈ew e f o 蠢藏越y z 搴纛a 狂瘘疆e 摊m o v 羹o f 薮e i 托c i e s 醴舞e a v y 掰e a l s 螽o l 珏s e w a g e s i u d g eb ye l e c t r o k i n e t i c si ne x p e r i m e t i 了鼬ep hv a l u eo ft h es l u d g es a m p l ew h i c h w a sp r e 拄e a t e db y 埔f 口，群c 蹦k s 弦，煳n x f d 口，蟮羚d u c e d b e c a u s eo f 像i s ，t h eh e a v ym e l a l s o f 谯es e w a g es l h d g e 懈m s f 。鞠1 e df i 口ms a b i es 协t et o | a b i l es t a t e 髓es 8 m p i e s p f e t r e a t e db y 聃f d 6 口c f ，z “s 归，d c t x f 妇拜5a n du n p r e n 。e a t e dw e r ee l e c t m r e m e d i e du n d e r 攮搴s 蠢毽ec o 鞋纛重差 o 曩s ，氇ef e s 硅l t sw 嚣f e 疆a ll 瓤e 羚m o v 鞋le 鞋e i e 魏c i e so fe df a i s e d 至搀辍 6 1 8 5 t o7 2 5 4 ，c uf m m3 4 2 6 t o6 3 5 l ，柚dz nf r o m6 5 0 6 t 0 7 1 2 2 ，a f t e r p f e t r e 8 t e d 。t l 摊e f f e c to fp f e t f e a t e db y 埔口6 矗c f f f “s 扣珊n “妇痒so nc l lw a sm u c h o b v i o u s l yl h a nc do rz 毂1 氇es e w a g es l u d g ep r e t r e a e db y 珐轴扫口c 斑s 挣，口| o 露i l 如栉嚣 c o u l de f f 色c t i v e l ye n h a n c et h ef e m o v a le f f i c i e n c yo fc uw h i l ei ti se x c e e d e dt h ec o n t r o l s 1 8 羲d 鑫l 蠢so fl a 牲d 珏i l i z 瓣 睦。1 氇# e l e c 拄o f e l 魏e d i e ds l 鞋d g ew 囊i 穗w 珏sp f e l f e i 睦e db y 埔如6 4 c f 盯“j 弦，r 口n x f d 口抖sw a sf a v o r a b l et ol a n du t 订i z a t i o n i naw 黻d t h et r e a t m e n to fh e a v ym e t a l s濂 m u n i c i p a lb i o s | d l j d sl l s i n g e 重e c 细，砖m e d i 箍t i o nt e e h n i q u ei s 鞋p r o m 括主n gl e c h n i q 珏嚣 i 【略w o 穗器：馘糕藉l e l 辨臻i 潞蠲硅s ；嚣e 时y 越娃鑫| 塞；嚣l 霉棼l 糟醚弛濑建m 稚激l o 挂；p 墩 砌如蚰c 裾船膨r 蒯口一j ； r e m o v a le 硒c j e n c y 鞋l 电动力修复技术娃理辘市污拢中薰金属的研究 插图索弓l 圈1 1 几种污泥处置技术在国内所占的比例4 黧l ，2 鬟垒瓣溪滤滚裁霾。l l 圈1 3 几种瀚泥稳定法在国内所占的比例1 2 图2 。1 电动力壤修复示意图1 4 塑2 2 电渗滚与求力流懿魄较1 6 图2 3 土壤胶体双电层示意图2 8 圈4 。l 实验装嚣零意豳3 9 鼙4 2 电匿测定示意戮4 2 鬻5 。l 各截藤p 珏值图( 1 ) 4 5 图5 2 槽电聪与修复辩蠲的关系fi ) 。，4 5 圈5 3 各截黼锌的去除率( i ) 4 6 謦5 。4 不嗣形态锈鳆去狳率fl 。毒6 图5 5 不同形态铜的去除率( i ) 4 7 图5 6 污泥样品中重金属形态分布( i i ) 4 9 黧5 7 各污溅裁瑟 壬l 变纯蚕( 1 | ) 霹9 圈5 8 槽电臁与修复时间的关系( i i ) 5 0 豳5 9 售污溅截嚣锈去除率( 1 1 ) 。，5 0 圈5 ，l o 各污浚截面锅蒜除率( h ) 5 l 圈5 1 l 备浮淀截面锌去除率( 1 1 ) 5 l 躅5 。1 2 污灞群燕孛重袅藕形态分稚( 撒) 5 3 图5 1 3 各污泥截面p h 变化图( i i i ) 5 3 鬻5 。1 4 楗彀疆与簦复隧阙的关豢( 疆k 5 4 躅5 1 5 各污漉截面镛去除率( i h ) 5 4 图5 1 6 各污泥截面铜去除率( i ) 5 5 烫5 + 1 7 各浮淀截覆锌去除李f l i l ) 。5 5 图6 。1 污混熏金属流动床电动力处理流稷图6 0 硕十学位论文 附表索号l 表5 1 泥样的基本性质和组分。4 4 表5 2 污混样品中重金属形态分布4 4 表5 。3 各辨形态镊、镑、钢的去除宰及总去除搴统计寝( 1 ) 4 7 表j 4 诵、铜、锌的总去除率及处理完成餍总浓度( i i ) 。5 l 装5 5 弼、镶、镑瓣慧去狳攀与剩余浓淡l 囊) 。5 5 v 磺士学位论文 第 章绪论 城市污水污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物。随着圆内污水处蠼事业 豹发展，澎零厂瑟憝毽瘩囊纛楚理程发涛蚕錾扩大帮提毫，产整戆污嚣量氇鑫蔻 增加，目前在国内一般污水厂中其蒸建和运行赞用约占总基建和运行觜用的 2 0 5 0 。污水污泥中含有大量的水分，丰富的有机物及n 、p 、k 等黼养元 素，同时逐禽毒重金属及瘸原蓥等奢密甥厦 曩，翔募 壬意撵羧不麓处理，零仅黠 环境造成二次污染，同辩又是对资源的严重浪费1 3 1 。为防止污漉造成的二次污染 及保证污水处理厂的正常运行和处理效果，污水污泥的处理处鬣问题在城市污水 处理中占有的位置已日蘸突出。 孛莓璃蠢人口1 3 钇多，城市6 4 0 多拿，簸带入日2 。7 亿。辩全国6 礤个设市 城市的有关数据分析表明，2 0 0 3 年底，我国城市污水排放总墩为3 4 9 2 亿t ，比 2 0 0 0 年城市污水排放总爨增加5 2 。2 0 0 0 年全豳宥污水处理厂4 2 7 个，2 0 0 3 年 壤翱到6 1 2 令，城枣污窳处理厂个数趱热了莲3 ，蘑麓搂增长? 9 7 籁，其巾二级 生化处理厂的规模增长1 1 4 。污水处瑷厂处理能为也由2 0 0 0 年的2 1 5 8 1 0 8 m 3 d 增加到2 0 0 3 年的4 2 5 3 1 0 8 m 3 d 。污泥产量约占处理水量的0 5 1 0 “1 ( 污泥 禽东率按9 7 冁诗) ，若污滚产量按? 嚣诗，爨硅这些浮求厂每天霹产生2 9 7 7 1 0 6 辩3 静污泥。因戴，中国在污承处理事业不断取得进步的同时，将蕊裕巨大的浮混处 理处置压力。土壤是固态地球表面具肖生命活动、处于生物与环境间进行物质循 环和能量交换的疏松表层，又是能生长植物的复合生物地球化学材料【”。土壤是 农烫生产豹蕊本生产资糕鞠农监童产疆舔孛耪葳麓菠鲎褥环静梃缝，它不仅跫植 物生产的基地，也是动物生产的基础，是人类赖以生存、发展的生产资料。 l 。l 污泥处嚣的一般方法 重金属一般指密度在4 5g 加m 3 以上的金属元索。环境科学中的重金属主要 是指生物毒性太的h g 、c d 、p b 、c r 和类似的a s ：另外还有摄入量超过某阀值 孵毽具有耜巍毒牲的f e 、c # 、z n 、醚n 、n 等。 在自然博凝下，壤中重金属主露来源子母瓣和残落豹擞物物质，一般情 况下含量比较低，不会对人体及生态系统造成危害。人为作用艇使土壤遭受暇金 属污染的重黉原因。在金属矿床开发、城市化、圆体废弃物堆积以及为提离农、监 生产嚣蓬爝识耱、农药、污漉及污承灌溉等过程中，都可班馒黧金藏在壤中大 摄积累。积累在土壤中的煎金属可以通过淋溶作用进入水体，也可以通过种植等 农业活动进入农作物，进而对人类造成焦害。 电动力修复技术处理城市污泥中煎众属的研究 1 1 1 填堙 污泥的卫生填埋始于6 0 肇代，是从保护环境的角度出发，在传统域埋的基础 上经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格管理制度的科学的工程操作方 法。污泥填蠼是一项比较成熟的污泥处置技术，冀优点是处理容量大、见效快， 毽它也存在一些闯题，妇合适的场遣不宣寻找，污淀运输帮填埋场越建设费用鞍 毫，填堙场容豢有隈，有害袋努瓣渗漏可旋会对戆下永造成污染，壤疆场静卫生、 臭气问题造成：次污染等。另一方面，污泥中含有大量有机物，填理在遁宜的条件 下会发生消化反应产生污泥气( 潲气) ，一旦污泥气的压力释放不出去，缄遇上火种 随时都可能发嫩爆炸，造成人员伤亡和财产损失，垃缴场爆炸的事件在我国已多次 发生疆】。此乡 ，填埋将导致遗窘主溅污染，这些遗留 士遮污染鹣治理嚣婺嚣颓的费 爝。两篮壤壤并不缝最终蘧受鞠滚除污染，它经稷楚减缓了污染懿嚣孛阙甏汪。在发 达国家，这种方法过去采用较多，但目前可供填埋的场地越来越少。 1 1 2 焚烧 污泥的焚烧处理是目前圜岁 使用较多的方法之一。焚烧是利用污混酌有机成 分较裹、其露一定燕蓬等薅点寒悠黉污潺。焚浇豹铰零筑势在于冀缝爨鹣锯瘫蛙， 减量率可达戮9 5 左右，其有机物被完全氧化，重龛麟( 除汞外) 几乎全被截留在灰 渣中。另外浮泥中含有的重金属襁高温下被氧化成稳定的氧化物，是制造陶粒、磁 砖等产品的优良原材料，可以进彳予综合利用。但焚烧一直存在着以下几个问题( 1 ) 投资和操作赞阕较高，据报道建设一座日处理1 0 0t 的垃圾焚烧炉，即使全部采用 国内没各耪辩，一般援震要3 5 0 0 e 万元； 2 ) 谤鲻实藏较困难；( 3 ) 程焚烧过 程中产生飞灰、炉渣和烟气。研究发现，在焚烧获渔中，尤其是飞灰( 箕有毒、有 机污染物高出扶渣几个数量级) 中含有较多c d 、p b 及其它重金属，属于危险废 弃物，若处理不当，容易渗漏而污染地下水体、附近地表水体和土壤，进而危害人类 键康。在排放的烟气中含有二恶荚和呋喃等剧毒物质，若控制不当可能会产生二 次污染。铡魏溜零瘫，l 鑫县豹j | | 边嚣枣子爨烧不弼壤，镬震围蒺严熬繇纯，翼 离出来的二繇英土壤已在仓库爨蠛积6 5 0 0 万t ；( 4 ) 污泥中的有焉成分采得到充 分的利用。但怒，如果能控制燃烧装置充分燃烧及佘热利用，该法还怒一个较好 的方法。 1 1 3 排海 海上投奔会污染海洋，毽这犟孛方法曾一度被谈麓楚蓑节省费溺又巯瀵了污淀 的有效方法，其理论基础是在予海洋的自净作用。蜜质上，海洋用也怒有限的， 随着污泥投奔燃的增加，会使海水中含氧量远低于海洋生物群所需氧嫩，严重破 坏了海生生物的生活区。如美圈纽约，每年把3 8 2 万t 的污泥投至纽约港外指定 硕士学位论文 的海区，现醴发现该海区近1 0 荚里( 1 k m = o 。6 2 1 4 英里) 的区域内，几乎所有的海 底慰物群都没有了，蔼疆海底污混的重金耩浓度眈无污染地酝高1 5 0 2 倍。湖 此，目前投海方法受到严格的限制，将逐渐禁止使用。 i 1 。4 主地利用 主要指污泥作为农田、林地、市政绿化的土壤改良剂，绒处理加工成无机、 舂瓿耱辩磊爨蠲，或鼷于受妥酸繇鹣戆掺复与耋建等。涛溺澹终瑟耱蓬矮予农 田、林场，实现污泥资源化是正当的、彻底的最终处鼹方法。自然界中存在的氮、 磷、钾蛇循环，一般是扶生产考一消费老一分解者一艇产者这样鳇往复缀嚣。污泥 中含有大量的有机物质和氮、磷、钾等营养携质，羊h 用污泥作肥料，可以充分利用 其中的营养物质，维持氮、磷、钾的天然平衡，达到增产、生产绿色食品的效果。 这奄毯建生态农整、玺态耩韭帮渍涪生产麴愿憨楚一致豹。颡痨努诲多城市逶纷 了污泥土地利用的探索研究【”7 1 ，淑得了良好的效果。 l 。1 5 污泥英德处理方法 1 ) 污泥燃料化技术 污泥燃料化技术是一静适合处理掰宥污渥，又熊裂用污泥的有效成分，实蠛 减爨化、无害化、稳定化和资源化的污泥处理技术。污泥燃料化方法首先要将拇 泥中的水分去掉，污泥脱水可采用机械脱水和加热脱水两种。污泥燃料化方法分 污滋缝董霆载系统( l 嚣骼) 窝污滋燃料纯法( s f ) 。辩嚣硒法楚将裁余活穗污泥和拐 沉池污泥分别进行厌氧消化，产嫩的消化气经脱硫尉用作发电的燃料；s f 法是将 干污泥直接燃烧产生蒸汽终为干燥静热源秘发电，黧收能量。污泥燃料化方法爨 不稠同但都怒利用多次蒸发法以节约能耗，充分利嗣污泥的热值，取得能量收益。 2 ) 污泥的建材利用 海淀孛狳了有謇毛耪矫往往含霄2 溅3 g 篱豹无瓿物，主簧怒穗、铁、铝秘钙等。 因此即使将污泥焚烧，凭机物仍以焚烧灰的形式存在，需做填埋处理，而污泥建 书| 利用裁可以兖分利用污泥中的蠢枧物和凭枫物。海淀的建豺剽用大致霹以分为 以下方法：制轻质陶瓷糨、制熔融资材和熔融徽晶玻璃，生产水泥等。 3 ) 污泥制可降解塑料 聚羟基蕊羧 豫矗) 怒许多藩梭生秘在不平舞生长条俘下会痰戆德内麓量耪磺 源储藏性物质，是一类研完全生物降解、热有良好加工性能和广阔应用前景的新 型热辍材料。活性污泥怒废水处溅系统中爨然形成的微生物与毒极物的聚集体， 对予酱通活性褥泥，其中约含有1 韵生物w 降解性黧料，而鼠可迸一步培养以提 高其中的含量，从而用予制可降解塑料。 筏嚣耋鞠年锭秘篱一痊污零处理厂天津冕窿予海汞处理厂建成投产螽，污溅 即由附近郊区农民用于农田。其后北京高碑店等污水处理厂的污泥也均用于农田。 电动力修复技术处理城市污泥中氨畿属的研究 夔若瑗审浮窳污淀产生曼彝嚣窳鲶瑾厂瓣逐灏壤多，嚣蘸我藿基开鲶将污零处理 厂污混用予土地填埋和城市绿化，并将污泥作基旗，制作复合艚用予农业等。但 在国内，总的状况还是以污泥= | 二地利用的形式为主，将污泥用于农业。可由于国 内在污泥管穗方丽对污泥所含瘸原菌、重金属和商毒有机物等理化指标及臭气等 感官指标控制鲍重视程瘦还不够舞，因此限制了对澎淀的进一步处置剥用，圈1 1 为晁静污混楚灌技零在螯内繇舂豹魄劐。 罄1 ，1 几釉海混处鼍技术在国内辑点豹比铡 雷内豹污漉楚藿，繇最终蹬路存在严重闫题，献上蚕胃酸看鬟镌窍1 3 。7 9 篱酶 污泥没有任何处置，这将为环境污染带来巨大危害。污泥散发的臭气污染空气， 病原菌对人类健康产生潜在威胁，重金属和有毒有辔有机物污染地表和地下水系 统。造成这种现象的原因可以归纳如下；由于国内污泥处理处置的起步较晚，许 多城毒没有将污泥楚嚣场绣纳入城帝总 搴援划。造艘缀多处理厂难戳找载会逶豹 污澹憝置方法耧污泥弃置场蕨；我国污泥弱霹豹鏊磷薄弱，久稍对浮滋秘翔翡诀 识存在严重不足，对污泥的最终处置问题缺乏关注，给一些有害污溅的最终处置 留下了隐患；污泥的利用率不怒很高，仍有一部分的污水厂污泥只缀贮存即由环 卫部门外运市郊直接堆放，尤其是国内一些南方城市很多采用这种方溅。这样的 处置方式甄影礁了污拳厂靛歪鬻逡霉亍，弱对污混的撼爨堆放又可憨产生二次污染， 也造成污淀资滚静浪费。因筵，我国当薪嚣骚虢瓣瓣是尽祆发震污涎处藿蔹术来 解决不断增长的污水污泥。 1 2 污泥土地利用是符合中国国情的处置方法 一般采诞，各国家对予污漉楚藿方式豹选择疲蒺羧到强麓生态效靛与楚羹成 本、经济效撬之闯静平衡。一荦串霄效的、适合本圈黧体情况的污淀鲶鬻方法应该 是在环境上 兰生、社会上被接受及经济上有效的方法。 从污泥的成分看，其中有机物、氮、磷等的含艇均高于一般农霖麟肥，还含 有钾及其它微黧元素。3 。若施用于土地中，对土壤物理、化学及生物学性状有一 4 硕士学位论文 定懿改蘸俘照。污泥中瓣有枫物矮可明蒙改善壤豹结梅性，使土壤戆察重下酶， 魏豫增多，主壤的通气透永径释翻闯将承麓提高转”3 ，跌丽改善土壤匏锈瑾性髓。 撩用污泥也磁提高土壤鹣阳离子交换鬃，浚善壤对酸碱的缓冲能力，提供券分 交换秘踱辫黪活往位煮，觚两撬麓壤绦糙性“。污澹中丰窝秘各静养分，麓驻 地增加土壤氮、磷养分，并能有效地向植物提供养分“，减少化学肥料的施用擞， 从褥霹降低农照生产懿成本。越黪，污溅霹潋使壤孛徽生貔鬟增热秘代潺强发 提黼而改变土壤的生物学性状，所以污泥土地利用是适合我溺目前的缀济发展状 况髓一种积极的、生产性的污泥处置方法“”。同时，我国是个发展中的国窳， 义戆一个表激大国，其广漓蠡孽主戆资源楚发震污零污泥土遗攀l 矮熬天然饶势。瓣 此，无论从缀济因素还是从肥效利用因索融发，污泥的土地利用特别怒浮泥的农 用郝廷一种符合中国圜馈的处鬟方法。遽秘处置方法一方露掰鞋为霹内污永厂浮 泥我翻一条搬零出路，爨一方西遥可缓辩我国农村瓷源的短缺。 圭。3 污泥审的重金耩是城豢污泥土地耧震静重要限割鍪素 1 3 1 我国城市污泥中污泥中霾金属的含量 在我鬣，辘索污瀛审重金震怒栎霉| 麓入 f j 普遮秘撵撬。学者鬟鏊城枣污溅巾 鲎众属的分析表明，许多城市污泥中重盘属的含量超过农用污泥中污染物控制 标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 。对相关研究结累的系统统计袭睨，z n 楚我国城市海泥中平 均食黧最蠢静蓬金属元素，其次鼹，苒次怒c f i l 4 】。上海、广州、香港、深瑚、太 原、苏州等域鹣污泥孙、c u 含爨簧避越标。 l 。3 2 城索湾泥中耋金嚣的形态及箕生耪有效蠖 1 0 。2 1 污浞巾重金属黻存的形态 薅着环境辩学研究豹深入，入嬲认识爨“”：污淀串鬟金瓣对环壤危害鹩 大小不仅与其总量有关，更大程发上取决于其形态分布，不同形态产擞不同的环 境效应。 霪金属形态是重金满元素在环境中以浆种离子躐分子存猩的形式，实际上包 括价态、化食态、结合态和结构淼四个方顾，有可能表现出不同的生物撩性和环 境行为。 煎金属的形态最般的区分魑根据其粮径的大小，能通过o 4 5 u m 孔径滤膜的 称为溶解态垒簇，被截辩的称为灏粒态金属。 瓣污嚣鬣沉积耪孛糇粒态羹惫耩形态豹研究蹩放土壤辩攀研究串发袋起来 魏，将从土壤中选择性掇取金属静化学试裁逐缀提取法应用予颗粒态重金藤形添 分褥方葱。部分学者对藏送嚣了磷究，捉密了不麓麓提取理论。彳e s s i e r “7 1 等谈 为w 用化学试剂分步提取法来研究藿会瘸形态，分为以下五种： 电动力修复技零处理域蔼污嚣中熬金羼静骈宠 l 。可交羧魏亵予态 歇滚稳( 搀取潮孛) 去酴 重金属。 l o 磺士学挺论文 豳1 2 簟金属沥滤流程豳 1 7 1 1 化学沥滤 纯学潺滤楚逶过授热无辍酸( 遵s 。4 ，珏瓣锈，嚣c l 等) 或络会裁( 弼陵，嚣鞘隗 镩) 从污泥中溶解出重金爝，沥滤效举高。a b r e 9 0 “”用硝酸对污泥的沥滤结果表 明，c u ，n i 的沥滤率可分别达到8 6 7 ，10o 。儇无机酸和络合剂成本太离， 对受绣土壤葶鞋农体拳器慕受霹影响，势不适于实鼯疲廷。v e e 氧e 藏等。畦采用柠檬酸 进行重金属沥滤，沥滤效率醚着溢澄和柠檬酸浓壤豹升高丽增大，在p 薹 值为 3 4 的条件下c u ，z n 的沥滤率分别为6 0 一7 0 ，9 0 一1oo 。重金属沥滤一 方蘧是由予柠檬酸的酸度，但更主要怒由予柠檬酸阴离子的络合特性，困北，派 滤爵在较秀滋秘静p 珏蕊( 3 5 ) 下进行。柠檬酸荔予姜釜耱洚解，熏金属可麸转糠酸 溶液中提取，使柠檬酸液循环利用而降低运行费用。仅用酸来降低污泥p h 值， 不利于重金属硫化物迅速向可溶态离子形式转化。如果同时入h 2 0 2 等把污泥的 戴健还骧邀像提裹裂一定程度，剐零捉舞重金属黪沥滤效果。s 氧垃a 赫等采廷 8 的磷酸和h 2 0 2 在室溢下处理污饼，水力停留时问1 h 的处理效果即可姆l n 的盐酸相当。在h 2 0 2 存程的情况c u 很容易从污泥中去除，大部分磷酸可以循环 裁用。 l 。7 。1 2 生耪沥滤 由于化学沥滤成本较高，目前研究夏点转向生物沥滤，即主漂利用污泥中硫 杆菌属的产酸作用，通过赢接和闻接豫釉途径将重众属从不溶怨硫化物转变为可 滚态离子形式，焉这羁麸港混蠢穗串去豫重金属鹣掰豹。瘸予篷耪沥滤鹣硫脊菌 主要包括氧化亚铁硫杼菌( z 归，俐f 妇h s ) 和筑化硫的硫杆菌( 主骤是 z 施f 口础池一s ) 。氧化亚铁硫杆菌溶出污泥中重金属商两种作用机理【2 8 - 2 9 l ： ( 1 ) 壹接梳理：缨蓥逶1 霪其分泌懿爨势多蒙携纛接啜醛在浮滋孛金属麓偬耱 ( m s ) 表面，通过细胞内特有的氧化酶系统直接氧化歙属硫化物，生成可溶性的硫 酸盐。 。屯动力修复技术处理城市污泥中羹众属的研究 m s + 2 0 2 斗m s 0 4 zm f d n x f d 甜1 1 ( 2 ) 间接机理：氧化亚铁硫杆菌的代谢产物 与窳腐硫化物发生氧化还原作用。 硫酸离铁被逐藤成硫酸亚铁并生成元素虢，金属以虢酸捻形式溶解如来，两亚铁 又疆缨蘩氧识残舞铁，元素酸壤绥毽氧纯生躐蕊黢，瓣或一个氧铯还藤戆锤强系 统，污泥口l 下降到2 o 左右，德避污泥中重金属的溶出，其反应如下： 2 f e 孙+ 1 7 2 0 2 + 2 h + 一2 f e 3 + + 1 2 0 ( z 归r r d 删汹叫5v 五毋r r d 帆自妇，l s 等溉铁氧化菌) m s + 2 f e 3 + 一m 2 + + 2 f e 2 + + s ( 化学氧化y 2 s + 3 0 2 + 2 憋。一2 h 2 s 0 4 ( 列套r m 戳渤瓣，、z 绣幻毹赴妇n s l 等硫氧化麓卜 国蠹癸擎辔霹污澹孛耋金矮熬去豫遴嚣了大爨姆鹾究，篷无论怒瓣笼糗酸浸， 出还是用徽袋物浸提，虽然具森瘩除效果好、处理噼搦短等优点，滤 阔晾存在提 取剂消耗大、”费用较高、污泥的肥力性质可能变赣等不足之处。目前都处于实验 阶段，末见张大规模应用的报道。 l 。7 。2 稳逡法 在污泥e p 加入化学试剂或优学材料，并利用宅们鸯萋金属之闻形成不镕牲或穰 动性差、毒性小的物质而降低熊在污泥中的生物有效性，减少其向冰体和植物及 其它环境单冗的迁移，实现污溅的化学固定1 3 。阪内目前常用的污淤稳定方法是 厌氧潴化，好氧漕证翻污泥壤船邈蠢部分被采薅，弗置污混堆l 酝瓤子界辑磅菇 除段，秀蕊辩秘稼掌稳定方法黢畿燕鸯手接苯静蔽瓣蠛者是鸯予经济、戆耗匏添 因而很少被聚膳o “。图1 3 为上述几种污泥稳定方法在国内所占的 l ：侧。 匿 3a 秘游混稳定法在国内所鑫瓣比秘 对予鬻靛鹣稳定纯按寒，存程一些不可怒视的阔题，穰多研究郡诞爨了稳定 化技术稳定废物成分的主要机璁是废物和凝结剂阀的化学键合力、凝缩剂对废物 的物理包容殿凝结剂水合产物对废物的吸附作用。然而，确切的包容机理和对固 化体在不同化学环境中的长期行为的认识还很不够，特别是包容机理，当包容体 1 2 顼士学位论支 破裂矮，藏殓成分会重新送入环境造成不可颥觅驹影响。 同时，常规的沉淀技术如氢氧化物沉淀、硫化物沉淀等，随处理对象p h 值 的变化影响显著，当稳定化产物p h 值升高域降低时，沉淀的熏众腾都会再度浸 出，不适合于重金属废物的长期稳定化处理。 电动力修复技术处理城市海泥中重金属的研究 第2 章电动办修复鼢基本原理、应用及研究展望r 电动力修复也称作电修复、电动力土壤工艺和土壤电化学污染治理，是2 0 世纪8 8 年代束兴起的一门技术，这个技术晕瓣应用程本工程中，用于水坝稿蛾 基瓣脱承和夯实，弱前移瑁到壤修复方瑟。一该方法豹主要往熹怒：霹l 美_ 楚瑷其 它方法不能处理的低渗透性土壤；不必向土壤中加入有害环境的物质“重金属污 染橼可回用；费用比较经济照处理彻底；不需挖掘而纛接处理土壤；修复时间缀 等。冀摹本方法怒在壤一液穗系统孛撬入毫辍，一逶入褒滚亳，主壤孛懿重金箍 污染物在电场、电化学等作用下，发生氧化还原反应，并迁移、窗集于阴极区， 从而达到去除土壤中污染物戚的目的f 图2 1 1 【3 2 - 3 4 】。 鼹2 1 电动力土壤掺复示意图 2 1 电动办修复的基本原理 污染土壤电动力修复是门多学科交叉的研究领域，它是将电极插入受污染 豹圭壤溶滚孛，程毫援主蕤翻轰流电嚣，爨逛裰之闻形成妻漉电场，由于壤颞 粒表面具有双电鼷，并且土壤孔隙水中离予或颗粒物带有电荷，电场条件下土壤 孔隙中水产生电渗流和带电离子的电迁移，多种迁移遴动的叠加裁潜污染物离开 处瑗送嚣塞集予魄辍区，到达瞧投区筑污潦镑一般逶避惫沉积或尝舞子交换摹取 被去除，从而达到修复的目的。 j 4 硬士掌键论支 土壤中的污染物在电场作用下发擞运动，其主凝运动机制宥电迁移、电渗流、 魄渗和自由扩敬等。在这嫂种机制中，电迁移和电渗直接影响瓣壤修复的效果 3 2 3 霸。 2 1 1 电迁移 电迁移怒搬带电离子农壤溶液审赣自豢稿反淑甍毫极方内豹运动，它秘带 毫离子静清淡( 在单位毫瀚梯度孛豹逶移速度) 群；、离子浓度( c j ) 、毫场强寝 e ) 、 离子电荷( z ，) 、温度( t ) 、土壤孔隙率( n ) 和士壤孔隙扭曲系数( t ) 等因素 有关【3 2 1 。具体的计算公式 歹罗嘞v 洋；氆协= 簪 ( 2 1 ) 在无限稀释的溶液中，离子淌度糕1 l o 8 1 0 1 0 - 8 m 2 ，( v c m ) 之间。在土壤 巾，由于魏骧戆终建，i 量移戆路径长瓣夔拆，实嚣瀵度大终奁3 1 0 一1 x l o 壤m 2 ( v 锄) 之闽。 2 1 2 电渗 电渗鼓零在逮震工稳审霜亲麓拳移溪纯壤隔3 8 ，3 钺，它楚攒壤嚣骧孛熬液 体在电场作麓下由于其带双电层与电场的作用而作相对于带电土壤表面的运动。 通常，土壤表丽带有负电荷( 见图2 1 ) ，为了平衡这熄负电荷，土壤表面将形成一 鼷港正电戆、薹l 锵醯e l z e 藩，予是，在魄场串该帑亵予层将发生远动麸覆弓l 起滚滚 静流动，溶液流豹方向与鞠离子迂移方向一致，即国阳极流向戮极。电渗通爨，： 的计算公式如下： j ；= j c 。活；f( 2 ，2 ) 式串： c i ：化学物质的质量浓度； c 。：水的质量浓度( 。1 ) ； 囊；：本豹褒渗迂移效率，蠢；= 枣。，艿。； 占：有效电导率； 七：电渗渗透系数：以= 堡拜； 蹿 e ：介葳瀚舟电常数； 口：流体的粘发系数： n ：孔隙率； ：鋈滚爨覆豹毫疆邀键又称z e t a 魄势) ；f = 一一君l o g c ，； c ，：电解藤的总浓度； a 、b ：均为常数。 电动力骖复技术楚理藏枣涎泥孛重金属戆矮究 邀渗量盼大枣取决于电漉密度、流体熬糙度系数( ) 、圈渡雾露豹z e t a 电势、 介质的介电常数( e ) 和土壤的孔隙攀( n ) 的大小。s h a p i r o 等1 4 0 j 详纽报道了平4 用 电渗浚爨污染耢麸没漫静壤孛穆除豹实骏，包撼电渗原理和不嬲规模孵实验及 其绪柴分析指出土壤颗敉的双屯缮厚度般为1 0 n m 左右，但不同类型的土壤 颞粒鹣双电滋厚疫怒甭羁的，瓣如；沙土缨沙裹蛉 t y 潮t 。实验镑果衮鞠当以o ，lm o v l h c l 浸泡戳上三种土 壤滋行修复詹金覆的去除率，较箱永瀵沲i 壤进行修复螽金属的去除率要离，浚 爨浮染壤孛热入酸牲溶液裁掇褰电动力越帕、c d 瓣去除率。 骁d 等【4 9 】研究了电动力技术对铅污染粉砂壤土的修复，实验结果寝明：在不 进行预处理情况下( 士壤酸化处疆) ，铬在愉近阴极的区域大量沉淀和灌吸附；濑 在弱缀熬入o 。l 翻时l 屈靛拄觚嚣，修复效攀提寒到6 5 强；当分测在戮，嬲掇翔入 h c l 小a c 后，修复效率超过7 5 。这究分说明，对阴极产艇的0 h 进行控制，使 其不进入土壤而保持土壤的低p l i 环境和防止o r 与重金耩离子形成沉淀，也怒 撬惑邀动力谬笺效率又一煺强技本。 电动力修笈低酸碱缓冲能力鞠低c e c 的p b 污染壤f 高岭) 是较有效的， 僬蓑土壤中存在f e 2 0 ，等物质时，土壤的酸碱缓渖麓力和c e c 相应攥离，设用 传统惫韵力技术来修复瑟类土壤，效莱不蕊著。因诧y e u 珏g 等雕运靥了一改蓬技 颂士学位论文 术，研究了e d t a 对f e 2 0 3 含量为4 1 3 强的天然土中锯去除的影响，研究续果表明 大终9 0 锡貔镑簌瓣羧j 芏移至冁极，势程主壤粼裰辫邋区域聚获，浚嗳基d 飘与镪 形成滚嬲态的带受电穗静黔，e d 弧终会物，谯电场佟翅下向阳极迁移藤健黔扶 壤中去除。m o h a m e d 5 、w o n g f 5 2 】的实验穗同样迸明了程电动力修复确、e d