（环境工程专业论文）污泥中cu、pb和zn的生物沥滤研究.pdf

摘要 随着浮水处理设施的普及，污混产量日赫增加，污泥蛾利用费嗣低，适合我国 鬓馕，是最为可纷、最为现实的消缆途径，傻污泥孛存在的璧鑫属怼天类健康勰琢壤 具有潜在威胁。生物沥滤是种富有日可景、经济高效的降低污混中重金属含量的途径。 零 麟戳焦污淀必耢究艨，对重众属生物溪滤王芑豹努发剩惩送嚣蠢蔻参i 索，主要 研究内容包括六个方面：最佳工艺参数优选，生物沥黼b 撵讨。污滟细胞内爨金属 分布和优势微生秘分拆，影响因素讨论，生糍沥滤螽污泥安全性 i 牿戮及生物沥滤反 成器的运弦。 投加溉台硫细菌接种液可明显促进污泥中c u 、p b 和反豹沥滤，缩短沥滤周期； 嬲l2 接秘量，沥滤时闻控卷| 旌堪天时，c l l 、p b 秘z n 淤出率与懿接辞璧缎捌甄 沥出率分别为9 6 5 、4 1 脚g 2 9 。硫浓度越高，污泥样晶p h 值下降越快，3 9 l 、 4 9 疋窝5 9 l 秘羲浓发下，c u p b 粒z n 豹溺滤效率秘差不大。综合考寒经济成本程耋 金属沥滤效果等多项因素，选择凇讲量和3 9 l 硫为最佳工艺参数。 采潘逡续形态灏定可李鏊述童餮沥滤串耋袅耩不瀚形态之黼膝转纯，通过臻物沥滤 前后重金属形态变化可分析其沥滤机制。c a 从污泥中的沥出童要是通过直接棚劁由硫 化物转变为交换态，p b 的沥出主要怒由直接机制和间接机制爵臼共同作用将碳酸盐结合 态和硫化物结合态转变为交抉态，鼹大赧分2 赢逶过阕按机制滋寿规缕食态帮羰黢盐结 裔癌沥出。 运曩逡戆毫辘释粼定联套技本分辑c p b 帮z 珏在浮淀缨憝串豹蹶势鑫褥翔， 浮泥细胞中含有较多c u 、p b 和7 1 1 ，但在胞内不同部位的分布并不均匀；细胞x 忏z n 的积累魏小于c u 和确，施内z n 含蠢稿鬟低于c u 和确。强附或结合在细自渺 和积 累在胞内的熏金属必然经融e p s 溶出，不同众属在e p s 中的食量变化情况存在明显差 羚，c u 、p b 和z n 程整个周期分布予e p s 中的最高含量分剐占其污泥中总量的1 4 7 0 , 4 、 2 疆3 秘2 4 t 2 。 污泥经生物沥滤后，原有异养菌大星魄贮，从最初2 5 x 1 0 9 小- m l 到1 2 1 0 7 个m l 。 海淀沥滤滚孛v f a 、多糖鬟溪较太嚼度壤麴，露蛋骞震帮e p s 缮鸯器疆度较小。s e m 耪 t e m 对生物沥溏过程中污泥微生物形淼的观测发现，媳着生物沥滤时间的延长，! e 物 掘滤污淀疆箍魄对照海淀中豹缳生耨蠢多莓努繇紧密，褥盈秆状和短辑状蘸至瓒逐渐 增多趋势。生物沥滤剐己中有多种杆状和短杼状菌。同时也出现释放出细胞物质的细 菌空壳，以及受损的细菌胞体。 序批试骏疆究污淀初始p 娃值等多神医素j l 重生物沥滤的影响。结果袭明，秘娥p h 值j c 寸污泥重灸属生物沥滤效率有较大影响，不j 羽重金属所受的影响程度j a , - k ：至0 , j , 依次 麓：p b c u z n 。毽黪嫠杰季i 戆p 嚣焦裹这l o 瓣壤嚣，延长灏滤薅翅瞧霹实瑗震金 属的沥滤。添加不同谢机物对于重垒麟的沥出影响有较大差异，按所受影响程度幽大 至g 夺袄次为：魏汉口酵类纯台褥和二羧綦羧黯重衾属凝滤黼害影响；单羧簇有 机酸的碳链越短，对难物沥滤的影响越大。芳褥族有机酸对重金属沥滤的不利影响不 及小分子有栅酸显著。污泥澍体浓度越高，重焱属沥出效果越麓。尽管璇氧消化污泥 和生污泥的健噘以及霪金属的分布情况存在缀犬的差巽，但不影嗨生物溺滤对璧金属 的沥出效果，只是厌飘消化溯e 的肥效流失明照高于生污泥。 生勰溺滤蓐，污混孛残黎豹s ；( 煅必稳定，污泥女冁手懿羼对黪壤影响 剃、， 污淀中重金属含量大幅减少，且残存予污泥中的重金属的生物有效性低，提高了污泥 主熬耧蘑懿安全往。污泥经黧物溪滤嚣氮、磷蠢铎戆流失分聚为3 8 2 、5 2 1 稳 4 2 8 ，但仍髓保持醐好的胱徽。 小试蕊模研究污浞生物沥滤反应运行情况。戳遥续搅捧方式运彳亍的反应器，在 不投自接种滚的情况下，可以在1 ；5 天发右达萋i 煅赢的熬金属去除效率。冬黄统的匮桂 形c s t r - 2 栩比，经改型的c s t r - 1 蝴滤确动快，熏金属的去除效果好；c s t r - 在- 2 2 1 c f 灼连续遂孬酵，3 耪金属受湛度影豌豹太小袄次鸯：p b c u z , n 。采鼹懑挂 硫填料供应j 藏物的a r ，需进行接种以促进其爨袅属的沥出。其所受温度嶷化的影响大 于c s t r - i 。 关键词：海淀：重众藤；生物沥滤；缴物沥滤移谤啦影响因素；生物溺滤反应器 t h e p r o d u c t i o n o f c x o 嚣ss e w a g es l u d g ei n c r e a s e ss u b s t a n t i a l t yw i t ht h ed e v e l o p m e 斑o f w a s t c w a l e rt r e a l m e r 吐自c i l 舨w h i c hm a k e s t h e p r o p 廿d i s p o s a lo fs e w a g es l u d g eb o m c i n o l 峙a n dl 雠u r g e n ta n d 髑醴面a 1 t h ek 曲c o n t e n to fo i 黜m a t t e ra 1 1 dn t 血i e n t c o n c e n l r a t i o ms u g g e s ts l u d g eu s e p r e f e r a b l yl a n da p p f i 碰o mh o w e v e r , h i g h c o n 。朗i t 【蚯。咀 o f h e a v y m e t a l sc c 咀删删i n s l u d g ei so n e o f t h em o s t p r e s s i n ge n v i r o n m e n t a lj n 娜 b i o l e a e h i n g i s c o s t - e f f c c l i v e a n o p r o m u 堍s o l u l i o n f o rr e d u c i n g t h e c o n t e n t o f h e a v y m e t a l s i ns l u d g e i nt h i sr 煳c h , t h e b i o l 洲b i n gp r o c e s so fr a ws l u d g ew a si n v t ：s l i 鲥i nf i x a s p e c t s ，i n c l u d i n g t h es e l e c t i o no fo p e m a 详噼啪蝴m e c h a n i s mo fb i o l e a c h i n g , t r a n s f o r m a t i o no fm i c m o r g a n i m l ，胡啦f a c t o ro n b i o l e a c h i n g , e m a l u a f i o no fs l u d g ef o r l a n d a p p l i c a t i o n a f t e r b i o l c a c h i n g , a n d o p e r a t i o n o f b i o l c a e h i n g n 馏c t 0 眩 t h ei n o c u l ao f m i x e ds u l f u rb a c t e r i ai n o e u l u m s o b v i o u s l yp r o m o t e d t h eb i o l c a c h i n go f c u , p ba n dz nf r o m s l u d g e a n ds h o r t e n e d b i o l e a c h i n gm m m g t i m e w i t h5 - 6 d a y s a n di n o c l | 1 u m o f2 9 qt h eb i o l e a e h i n ge t t i c i e n c i e so fc u , p ba n d2 - n 眦9 6 5 ，4 1 舷a n d8 2 9 ， r e s p e c t i v e l y , w h i c h w a ss i m i l a r t o b i o l e a c h i n l g w i t h h i g h s t r e n g t h i m m l l a 1 h e p r i d e e l i n c w a s f a s t e rw i t ht h ea d d i t i o no f b i o a e rs u l f u rc o n c e n t r a t i o m h o w e v e r , t h e r ew 勰n os i g n i t i c e 毗t d i f f e a e n c ei nb i o l e a e h i n ge 伍e i e n e i e so f c u , p ba n dz n a m o n g s u l f u rc o n c e n t r a l i o n so f 3 9 l , 4 9 几a n d5 9 l a c c o r d i n gt ov a r i o u sf a c t o r ss u c ha sc o s ta n db i o l e a c h i n ge 伍c i e n c y , t h e i n o c u l u r n o f 2 a n d s u l f u r c o n c e n l r a l i o n o f 3 9 l w e r es e l e c t e d a s t h e o p t i m a l p a r a m e 把r s t h et r a n s f o r m a t i o na m o n gd i f f c r c a l th e a v ym e t a l sf o r md u r i n g b i o l e a e h i n gc o u l db e d e s c r i b e db yc o n t i n u o u sm e a s u r e m e n t , a n dt h eb i o l e a d a i n gm e c h a n i s mc o u l db ei n d i r e c t l y p r e s u m e d w i t hv a r i a t i o no f h e a v ym e t a l sf o r m s c u 缸i r d t i a ls l u d g e m a i n l ye x i s t e d a ss u l f i d e p r e c i p i t a t ef o r m , m o s to f w h i c ht m n c dt oe x c m g e a b l ef o r md m i n g b i o l e a c h i n g , a n d w a s s o l u b i l i z c dm o s t l yb yd i r e c tm e c l l a n i s m t h eo r i g i n a lf c 旺n so fp ba n dz n f m a i n l y c a r b o n a t e 畔沥娩a n do r g a n i c a n y b o u n c tm o s to f t l 嚣触喇p i 眦p b 血a n s f o r m e d i n t o 麟c h a n g c a b l ep b b u tal i t t l e0 f 叫卿i c a u yb o u n dp b p bw a sd i s s o l v e df r o mt h e s l u d g e d u et ot r a m 幽o r m a l i o no f c a r b o n a t ep r c c i p i t a l - d ：la n ds u l f i d e 珥e c i p 删t oe x c h a n g e a b l ef o r m b y c o o p e r a t i o n o f b o l h d i r e c t a n d i n d i r e c t m e c h a n i m m t h e m a j o r i t y o f e x c h a n g e a b l e z n w a s l r a u s f o r m e df r o mo r g a n i c a n yb o u n da n dc a r b o n a t e 珥e c i p 删f o r m s ，a n dt h eb i o l e a c h i n g m e c h a n i s m o f z n w a s m a i n l y i n d i r e c l t h e 讲i n m o no fc u , p b a n dz ni ns l u d g ec e l lw a so b s e r v e du s i n gt h ec o m b i n a t i o no f t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o g r a p h ( i e m ) m a da 蝴d i s p e r s i v e x - r a ya n a l y s i s ( e d a x ) t h e r e s u l t s s h o w e d t h a t a l l t h e t h r e e k i n d s o f m e t a l s w e r e o b v i o u s l y f o u n d i n t h e c e l l ；h o w e v t h e t m r f i t i o n a t d i f f e r e n t s i t e s w i t h i n t h e c e l l w a s n o t h o m o g e n o u s t h e a b s o r p l i o n a b i l i t y o f s l u d g e c e u s t o z a w a s t e s s t h a n t h a t t o c u a n d p b , r e s u l 豳g i n t h e s u b s t a n 蛐l o w e r c o n t e n t o f z n i n t h es l u d g ec e l l sa mt h a to fc l la n dp b t h eh e a v ym e t a l sa d s o r b e do rc o m b i n e do t 吐s i d et h e c e l la n da b s o r b e di n s i d et h ec e l ls o l u b i t i z ev i at h ee x t r a e e l l a rp o l y m e rs u b s t a n c e s i n e v i t a b l y , a n d t h e c o n t e n t p r o f i l e o f d i f f e r e n t m e t a l s i n f 2 s d e m o n s t r a t e d v a r i o u s p a t t e r r l t h e h i # e s t c o n c e n a a f i o n sf o rc 仇p b a n d 羝d u r i n gb i o l e a e h i n g w e r e1 4 , p o , 2 0 3 a n d2 4 2 o f t h e i r t o t a l c o n c e n t r a t i o n i n s l u d g e , r e s p e c t i v e l y a g r e a td e a lo fh e t e r o 们p h i cm i e m o r 护n i s m si ns l u d g ed i e dd u r i n gb i o l e a c h i n g , m a di t s a m o u n td e c r e a s e df r o m2 5 x 1 0 9c e l l r i l lb e f o r eb i o l e a c h i n gt o1 2 x 1 0 7c o u m la f t e r b i o l e a e h i n g t h ev f a a n d a m y l o s e i ns l u d g el e a c h a t ei n c r e a s e dt oal a r g ed e g r e e d t n i n 唱t h e 翻她，w l l l ep r o t e i na n de p ss h o w e dl e s s i n c l e a s e 。t h em i c r o b i a lc o m m u n i t r 璐 i n v e s 堍a e du s i n gs e m a n dt e m w i t ht i m eo n , t h em i c r o o r g a n i s mi nb i o l e a e h i n gs l u d g e b e c a m em u c h1 t l o r ea n dd i s m l m l t e dd e n s e l yt h a nt h ec o n t r o ls l u d g e , a n dt h eb a c i l l i f o r m b a c 僦u n xs h o w e da no b v i o u s m n d e m y o f i n c r e a s e t h e r ew e r ev a r i o u ss o r t so f b a c i l l u sa n d s h o r tb a c i l l u si nt i o l e a d f i n gs l u d g e ，a n ds o m ed e a db a e t g l ：i u mv h t h e r a p v yc e l la n dd a m a g e d c e l l c o u l d b e f o u n d 越t h e s m l l e t i m e t h ei n i t i a ls l u a g e p h a f f e a e d b i o l e a c 2 a i n ge f f i c i e n c yl a r 酬ma n d t h ee 敞ce x t e n to n h e a v y 矗撼纽瓤f o l l o w e da sp b c u z n b u ti f t h eb i o l e a c h i n gt i m ew a s l 鹫o l o n g e c t , t h eh e a v ym e t a l s c o u l d b e l e a c h e de , c o n w i t h s l u d g e o f i n i t i a l p h1 0 t h e r e w a s m u c h d i s c r e p a n c y i n e ：l b e t o f d i f f e r e n to r g a n i cc o m p o u n da d d i t i o no nb i o l e a c h i n g , w h e r et h ee f f e c te x t e n tf o l l o w e da s p b c u z n t h e n e g a t i v ei n f l u e n c eo nb i o l e a c h i n g w a sd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo f c a r b o n c h a i nl e n g t ho fo r g a n i ca e i & t h ee f f e c to f 舡o i i 值o l g s n i ca c i do i ls o l u b i l i z a l i o no fh e a v y i n g = t a l sw a sl o w e rt h a nt 1 1 a to f o r e ；a i l i ca c i dw i t hl o wm o l e e u l 越w e i g h lt h eb i o k 憾 e f f i c i e n c ys h o w e dd e c r e a s i n g1 e n dw i t h t h ei n a e a s eo f s a u a g es o l i dc o n c e n a a f i o n r h o u g l l t h e r e 嘲g r e a td i f f e m a c ei nd 强虻l e 五幽a n dl , 础i o n i n go fh e a v yn 坨招l sb e t w e e n a n a e r o b i ed i g e s t e ds l u d g ea n dr a w s l u d g e ，t h eb i o l e a e h i n ge f f i e i e n e i e so f t h e m w e l ts i 眦 b u ti tw a so b s e r v e dm o l ef e r t i l i z e rl o s sf r o m 却柏a 眦d i g e s t e dr a u a g et h a nt h a tf r o mr a w s l u d g e a f t e rb i o l e a o h i n g 。t h er u d i m e n t a ls u l f a t e 稻s t a b l e , a n dt b eh e a v ym e t a l sc o i 蛐e m d e c l e a s e dl a r g e l ya n dt h eb i o a v a i h b i l i t yo fr e m a i n d e rh e a v ym e t a l si ns l u a g e 、 氍l o w , r e s u l t i n gi nah i 曲e rs e c u r i t yf o rl a n da p p l i c a t i o no fs l u d g e t h o u g ht h el o s so fn i t r o g 衄， p h o s p h o r o u s a n d p o m _ 幽n f r o m s l u d g e a f b 日城d l c a 吐l h l g w 晦印t 0 3 8 2 ，5 2 1 a n d 4 2 8 r e s p e c t i v e l y , t h e s l u d g e 或m 砖m a 洒e d 啦鞠缸匮l 咖f e a i l i z e r v a h e i na n o t h e re x p e t i n l e n tt oi n v e s d g a t et h e o p e r a t i o nc o n t i n u o u ss i j 嘶l gl 1 2 a c t o r ( c s t r ) , i t w a so b s e r v e dt h a t 蛐b i o l m e h i n ge f f e e i m c yc o u l db ea c h i e v e dw i t h i n1 5d a y sw i f l a m o d i f i e dc s t re v e nw i t h o u tt h ei l l o c t l h m l i ta l s os h o w e df a s t e r s t a r t - u p ，h i 曲暇 s o l u b i l i z a t i o ne 髓d 科o f h e a v ym e t a l sa n dw i d er a n g eo ft e m p e r a t a n ea d a p t a b i l i t y t h e 雒如帕哟r w i t hs u s p e n d e ds u t f u r 箍锄b s 嗽，n e e di n o c 妇t op r o m o t es t a r t - u p a n dt h ee f f e c to f t 舶n p e r a a n e0 1 1b i o l e a c h i n g 、糯h i g h e r t h ed to ft e m p e r a t 啪o n b i o l e a e h i n g a t m o d i f i e d c s t r f o l l o w e d a s p b c u z 札 k e y w o r d s ：s e w a g es l u d g e ；h e a v ym e t a l s ；b i o l e a e h i n g ；b i o l e a c h i n gm e c h a n i s m ；e f f e c tf a c t o r s ； b i o l e a c h i n g r e a c t o r 浙江大学博士学位论文 第一章引言 随着我国污水处理设施的普及，污泥产量日益增加，由此产生了十分严峻的污泥 问题。以杭州市为例，城区有四堡和七格两家城市污水处理厂，每天共处理污水8 0 万吨左右，产生污泥6 0 0 吨左右。四堡污水处理厂先是将污泥倾倒于废弃山谷，后又 运至杭州天子岭垃圾填埋场填埋，但因污泥含水量太大，不利于碾压，而且还出现塌 方情况，2 0 0 2 年6 月后垃圾填埋场拒绝接收污水厂污泥。四堡污水处理厂则在厂区 内挖坑填埋污泥，然而2 0 0 3 年6 月，月个深坑就已饱和。2 0 0 3 年7 月开始试运行的 七恪污水处理厂，面临最为严重的问题也是如何处置不断产生的污泥。 城市污泥是采用活性污泥法处理污水过程中产生的副产物，是由有机物残片、细 菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，其体积约占处理污水体积的 o 5 - - 2 ，脱水后的污泥含水率仍达8 0 左右( 周立祥和胡霭堂，1 9 9 9 ) 。据调查，每 处理万吨废水产生的污泥量为o 3 3 o t ( 干重) ( 赵庆祥，2 0 0 2 ) 。2 0 0 2 年我国废水排 放总量为4 3 9 5 亿吨，其中工业废水2 0 7 2 亿吨，处理率为8 8 3 ，城镇生活污水2 3 2 3 亿吨，处理率为2 2 3 ( 国家环境保护总局，2 0 0 2 ) 。如果6 5 废水用生物处理，万 吨废水污泥产生量的平均值为2 7 t ( 干重) ，则2 0 0 2 年产生污泥总量为4 1 2 万吨( 干 重) ，折合含水8 0 的脱水污泥为2 0 6 0 万吨。 据估计( w a n g ，1 9 9 7 ) ，目前我阐每年城市污泥簸理率仅仅只有7 ( 产生4 0 万 口电的干污溅) ，藤滋淀产量每年以终1 0 的遮率增长( 徐强等，2 0 0 3 ) 。睫藿浮泥产 ：戴的剧增以及人们环保意识的加强，污泥的处理处置慧势必逐年大幅增加，而污泥的 楚溪处置爨嗣褰这涎痰厂憨运嚣费麓熬4 0 - - 6 0 ( c o u i l l a r da n dz h u ，1 9 9 2 ) ，羚发经 济高效的污泥最终处置技术具有深远的社会缀济意义。 污泥妣理处置的目的主骚是减薰化、稳定化、瓣化和资源化。常用的污漏最终 处嚣技术主要有填壤、焚烧、投海( 瑷已禁止) 、土蛾利用等。 浙江大学博士学位论文 发达国家威用较多的是域埋、土地利用和焚烧。据美围环保署估计，在1 5 3 0 0 个 城市污水处理厂中，年产干污泥约7 6 9 x l o t ，其中4 5 用于农林业，2 1 进行填埋， 3 强嫩洋( 凌邑禁壹) ，焚浇法壶予黥耗蹇，只占3 。蜀本5 5 黼涯送 亍焚 烧，3 5 污泥谶行填埋，约9 的污泥进行农田利用。 对于大多数发展中国家，土地利用和填埋目前仍是浮泥处置的主要途径，而随着 谣填堙蔻嚣豹溺豢、蹴，圭戆弱蔫薅是主要鹣发震方囱。我藿是发震串溅家，又是表 眨大国，污泥士地利用费用低，适合我国国情，应是最为w 行、最为现炭的消纳途径 ( 赵丽君等，2 0 0 1 ；朱南文档，2 0 0 8 ；周擞祥和胡霭堂，1 9 9 9 ；张清敏等，2 0 0 0 ) 。 1 1 2 污泥土地利用 在污水处理过程中，活性污泥吸附降解污水中的有机质，因而污泥中主要成分是 有机质。有机质是构成土壤肥力的核心物质，也是植物养分循环的物质基础。污泥中 还含有大量植物生长所需要的n 、p 、k 等营养元素( 乔显亮和骆永明，2 0 0 1 ) ( 如表 1 - 1 所示) 。我国污泥的有机质平均含量为3 7 1 8 ：总氮、总磷和总钾平均含量分别为 3 0 3 、1 5 2 和0 6 9 * 0 ，均超过国家堆肥所需要的养分标准，所以污泥是很好的有机 肥源( 徐强等，2 0 0 3 ) 。污泥养分含量高于般的禽畜粪便，矿化速度也比普通农家肥 迅速( 周立祥等，1 9 9 7 ) ，因此污泥n - - i 作为肥料或土壤调理剂加以利用，污泥农用是实 现糟泥资源化从而解决其出路的上策。 表1 - i 污泥主要养分和化学性质 t a b l e l - 1 m a i n n u t r i e n l x a n d c h 哪i 明i c h n 哺舡肾b 6 曙o f s e w a g e s l u d g e 浙江大学博士学位论文 污泥能促进苗木、花卉的生长，是城市、荒山、荒坡绿化以及防护林体系的肥力 资源，在控制用量的前提下，园林绿化不失为污泥处置利用的良好选择( 陈涛等，2 0 0 4 ) 。 以复合污泥旌用于高速公路绿化带时，土壤的c e c 、速效氮、速效磷和有机质含量升 高，容重下降；植物体内的氮磷含量升高，且随着堆肥用量增大而增高( 薛澄泽等， 2 0 0 0 ) 。 污泥土魂翻用最有消纳范围广阔、耗费低等优点倔污滋含有多种有害物质，最 主簧盼戆垂金属稻病原茵。常规的污泥稳定或处耋措施，翔好氧消化、劂化稀准 g 嚣簿，都能够在缀太程液凇务瘸舔嫠数量，但对藿金褥毒往润聪篝】难虢解决。过星 魏耀污淀会髫耋金羼累积露j c 重农绺物造成撰辫，臻究表裙，c 醢和勉浓度盔_ 鼹红撩俸 内瞧分杰遵缭：$ 黔茎哇果实，辗墨重金羼累积及伤害麴主蘩囊位( 熏善汪等，1 9 9 9 ) 。 更蓬要的是，蓬金属在游泥土地利用中还存畿着二次污染的封身基髅( 蒋成爱等，1 9 9 9 ) 。 尉立祥蹲( 1 9 9 4 ) 对生灞污漱蚋于蔬菜地纳研究表明，大擞施用污泥易弓魄蹒粼l 孙的过量吸收。包菜中可食部分( 包球) 的z n 食量达1 1 7 6 m g t k g ，是未加污混的 2 5 倍，而非可食部分( 外叶) 的办累积稷度比可食部分受显著，a 食量达3 3 6 5 m g , 蜒， 慰来加污泥的4 倍。土壤中z n 水平与污泥施用量也量随线相关，说明勐襁污泌土 壤_ 蔬菜系统中有较大的迁移性，可见潮目中重金属可通过在农作物中累积或在土壤 和水体中迁移转化面对人类健康和环境县有潜在威胁。 液1 - 2 备豳城市污泥土地利用重金属控獬晦滩( m 酣嘲 y a b l e i - 2m 柳m 豳勤施鼢鼬t 触l 触黼t 酩妇 浙江大学博士学位论文 污水中5 0 - 8 0 以上的重金属通过细菌吸收、表面吸附以及与无机盐共沉淀等多种 途径，浓缩在剩余污泥中( 周立祥等，2 0 0 0 ；c o u i l l a i da n d2 抽，1 9 9 2 ) 。一些重金属 主要来源于工业排放的废水，如c d 、c r 等；而有的重金属则主要来源于家庭生活的管 道系统，如c u 、z n 等( 徐强等，2 0 0 3 ) 。污泥中重金属的量大约占干污泥的0 5 - 2 ( 1 河e t a l ，1 9 8 8 ) ，某些情况下，c r 、c u 、p b 、z n 含量可高达4 ( i e s t e r e t a l ，1 9 8 3 ) 。 若不刚氐污泥中重金属含量，直接进行农田施用，会导致土壤中重金属积累，使农作 物遭受污染，最后通过食物链进入人体，对动植物和 类造成潜在威胁。因此各国纷 纷制定了污泥土地利用时的重金属控制标准，如表1 - 2 所示( 乔显亮和骆永明，2 0 0 1 ； 陈同斌等，2 0 0 3 ) 。从表1 - 3 ( 陈同斌等，2 0 0 3 ) 可看出，我国城市重金属污染主要以 c u 和z n 为主，其它重金属含量相对较低，我国城市大量使用镀锌管道是生活污水污 泥盈含量较高的主要原因之一。大多数污水处理厂每千克污泥中c u 、盈等重金属含 量高达数百至数千毫克，接近或超过我国农用污泥中污染粒啦制标准( g b 4 2 8 4 8 8 ) ， 成为污泥土地利用的主要限制因素。 袭1 3 我国城市汾泥中黛金目限量( 删班磅 1 蚰赫l oh e a v y m e b a l c o n c e n t r a t i o n s 驰哟释s h d 辨o f a 血8 通道控制捐葡源或者飙辩泥审去除踅金耩可达至n 减少污泥中重金属含量的目的。 污染源控制酶主要难点跫源静辨认，i p 使驭工i k 污永中彻底去除有毒重金属，由于生 浙江大学博士学位论文 活污水中也含有重金属，仍不能靓芪解决重金属污染的潜在威胁。况且生活污水和工 业废水在处理过程中不能完全分开，因而进行污泥中重金属的无害化处理以提高污泥 土地利用的安全性，从而有效解决污泥出路，具有十分重要的意义。 1 工污泥重金属无害化技术 传统污水处理工艺中，重金属从污水中去除经过两步，初次沉淀去除部分不溶 性或吸附到颗粒物上的金属，第二阶段的活性污泥生物处理，则主要通过污泥絮体对 溶解金属的吸附作用( o l i v e , a n dc o s g r o v e , 1 9 7 4 ) 。不同金属之间存在一定差异， 西嘶呱1 9 7 3 ) 发现c u 、p b 和c r 在第二段处理比初次处理去除更多，而z n 在两阶段 去除的量相差不大。总体而言，活性污泥阶段比初次沉淀更有效地从污水中去除重金 属， 活性污泥在吸附降解污水中蠢机质的同时，对污水中的重金麟也肖吸收塞集炸用 ( a r t o l a r ，1 9 9 7 ) 。重受属农活性污泥中的去除有以下机制：1 ) 污泥絮体对沉淀衾属 的物理捕获。c h e r t 等( 1 9 7 4 ) 认为较高蘑金属浓度下或太部分金属以沉淀形式存在时， 这些金属就会被捕获或包埋在污混絮体上，也可能发生独立沉降。2 ) 众属结合到胞外 多聚物上。微生物产生的胞外多黝( e x t r a c e l l u l m p o l y m e r i cs u b s t a n c e s ，e p s ) 在重金属 的吸收寓集过程中起着重要作用，大部分金属离予通过物理化学作用被吸附在e p s 的 结合点侥上，与污泥一同沉降。e p s 的难要成分楚一些不f 司类型的高分子物质( b r o w n a n d l e m e r ，1 9 7 9 ) ，其主簧有稿。成分是蛋白质藕糖类。e p s 是建物絮体静主要组成部分， 毒活整污泥审慧寄撬耪鹣魄镶大致在5 扛9 诧问，它填究并构成缎蔼之闷静空间， 形成絮凝露络辫 等，必须生长在酸羧环境，簸佳生长媾l 是2 0 3 0 ， 渐江大学博士学位论文 在中性条件下细胞质膜及细胞会溶解，只有高浓度财能使细胞质膜维持稳定。 嗜酸菌生长在酸性环境，这主要与硫或硫化物的存在和氧化有关。硫矿和金属硫 化矿的酸性矿水、煤矿排出水、含硫的酸性土壤以及其它人为酸性环境等，生存着中 温嗜酸菌，如硫杆菌和钩端螺菌( l e p t o s p i r i l l u m ) 等。地热区酸性热泉和硫质喷气孔 以及海底热液口，生存着嗜热嗜酸茵，如硫化叶菌、嗜酸两面菌( a c i d i c o n 口) 和金属 球菌( m e t a l l o s p h a e r a ) g 掌嗜热古菌。在热的酸性环境里还生存着中度嗜热菌。根据营养 要求的不同，嗜酸菌可分为化能自养菌和化能异养菌，即无机化能营养菌和有机化能 营养菌，这i 曼窟的主要特征如表1 - 4 所示( 李雅琴，1 9 9 8 ) 。 袭h 嘻融蔼分类及箕主要特征 l i b l e l - 4 c h a r a c t e r i s t i c s o f k l o l a l a i l i c i m e t e r m 能源毖质s u b s w 如 b a c 船辩i a m m e 五酾甄蓬赫 聋融蝴删萨篇嚣( m o 蚴 。跚6 自酝q 舢南一二! ：= 2 最擞 p h o p f i m l m a 忱舶p c 檬 ( ) 注：为蠡养蔫( 鞠昀薄睑& 斑妇) ；+ 为异葬蔷( 删c b a m d a ) 。 作用于生物沥滤的嗜酸菌主鞭是硫杆菌属，最为常见的为： ( 1 ) 氧化亚铁硫杆菌 浙江大学博士学位论文 氧化亚铁硫杆菌为专性好氧菌，革兰氏阴性，长l p m 到数m ，宽约0 5 p m ，杆 状，端生鞭毛，能游动，世代时间为6 5 - - 1 5 h ，菌落为黑色，直径为o 5 m m ，菌落周围 为分散的铁锈色斑渍区( 胡丘华瓣l 康自珍，1 9 9 6 ) 。 氧化亚铁硫杆菌能在酸性较强的环境中生长，一方面要维持着细胞内外巨大的跨 膜质子梯度，另一方面必须从氧化f 矿中获得少量能量而生长。氧化亚铁琉杆菌生物 膜由外膜、肽聚糖、周质区和内膜构成( l i z a m a a n ds u z u k i ，1 9 8 9 ) 。氧化亚铁硫杆菌 的外膜结构使菌体亲水，其接触角为2 3 2 7 0 ，外膜中分布着许多活性基团，如羟基、 羧基、巯基等，易于与处理固体表面发生强烈的键合，这种键合力使得氧化亚铁硫杆 菌能很快被吸附到固体表面。 ( 2 ) 氧化硫硫杆菌( e o 国科学院微生物研究所，1 9 8 4 ) 氧化硫硫杆菌为短杆状，0 5x 1 0 - - 2 0 w a ，单生、对生或成短链。存在于岔硫的土 壤、硫泉、土壤的混合肥料、酸性矿水和受漫蚀的钢筋水泥中。 在硫代硫酸盐琼脂培养基中的菌落较小( 般少于1 0 r a m ) ，呈透明或白黄色，延 长培养时变清亮，边缘完整，但菌落形状发生变化。能僬掖体培养基均一混浊，p h 降 至1 o 以下；在硫 搋酸盐j 羽髓呻，可短暂地沉淀硫和连多硫酸盐。严格自养，能 快速氧化元素硫，也利用其它部分还原性的硫化物。以铵盐为氮源，严格好氧。生长 温度范围在1 0 3 7 之间，最适温度为2 8 - 一3 0 c 。生长p n 值范围为0 5 - - 6 0 ，最适p h 值为2 5 。 应用予浮泥中董众属生物沥滤铰多的是氧化亚铁硫糨菌和裁化巯硫拇菌，冀作用 机璁有所不问，但均具有较高的重金桶去除率。 氡苣 二亚皴磙拇墓在蕾l 蠢8 条终下不能生存，逶器重金震熬垒镌溺滤对，爨投燕 无帆酸进行预酸化，并加入f e s 0 4 作为基质。菽生物沥溏栅制可分为崮接机制和间接 辍翱( 戬二徐重金满为键) ，豢按瓿嗣爱氧纯鬣锈巯秆麓在有氧静条释下矗接将硫纯耪 氧化成硫酸怂而达到将重金腿沥出的日的( 式1 - 2 ) ；间接机卷炒及四步反应，f 矿首 先被氧亿亚铁硫秆菌氧化成矽( 式1 - 3 ) ，f 矿进步将莺金藏硫化物氧化为重焱属硫 酸挞两沥出并产生酸酸( 式l o ) ，硫霾蹙进步与重金属硫化物菠应生成燕金属酸他甥 浙江大学博士学位论文 和单质硫( 式1 - 5 ) ，单质硫被氧化亚铁硫杆菌氧化成硫酸( 式1 - 6 ) ，进一步降低p h 值，使重金属沥出，如此循环进行。 m s + 2 0 2 t # r m a 。m m s m s 0 4( 1 2 f e s 0 4 + 0 5 0 2 + h 2 s 0 4 堑竺塑。f e 2 ( s 0 4 ) 3 + h 2 0 ( 1 - 3 ) 4 f e 2 ( s 0 4 ) 3 + 2 m s + 4 h 2 0 + 2 0 2 _ 2 淞0 4 + 8 f e s 0 4 + 4 h 2 s 0 4( 1 由 m s + o 5 0 2 + h 2 s 0 4 m s 0 4 + s + h 2 0( 1 5 ) s + 1 5 0 2 + h 2 0 堑罂塑+ h 2 s 0 4 f l - 6