文献综述(样本).doc

污泥重金属浸出毒性概述1.绪论随着我国城市经济建设的不断发展和工业化进程的加快，生活、工业等方面的用水量与日俱增，城市污水处理厂的污泥量随之大量增加，污泥中重金属的含量也迅速增高，因此污泥处置成为了亟待解决的问题。当前，污泥处理的方法主要有卫生填埋、农用、焚烧、干化和热处理及堆肥等五种1。但是，由于受污水厂运行费用等因素的影响，我国许多城市污水厂仍采取就近购地露天堆放的简单方法处理剩余污泥2。在周围多重环境的长期作用下，特别是酸雨作用，污泥的露天堆放会导致其中部分有害微量元素发生淋溶而析出，进而渗透到土壤或地下水中3，有害化学物质会降低土壤功能、性质和结构及污染水质，从而影响生态环境和人体健康，破坏人类赖以生存的生物圈。国家标准关于浸出毒性的浸出方法中直接限定了浸提剂的pH值和浸出时间，并未探究二者对于污泥中重金属浸出能力的影响。然而，污泥无论是再利用或是填埋处置，都需要预先进行污泥固化4。如若能将污泥中重金属元素最大程度析出，将会极大提高污泥处置的稳定性。因此，探讨对污泥中重金属浸出能力的影响、利于农用及建筑材料利用的污泥固化条件的选择和预测其潜在环境污染风险等都具有重要的意义。2.主要内容2.1 污泥浸出毒性及危害污泥，即污水处理厂对污水进行处理过程中产生的沉淀物质以及污水表面漂出的浮沫所得的残渣。大量积累的污泥，不仅将占用大量的土地，而且其中的有害成分如重金属、病原菌、寄生虫卵、有机污染物及臭气等将成为严重影响城市环境卫生的公害5。浸出毒性，即固体废物雨水浸沥，浸出的有害物质迁移转化，污染环境的危害特性6。一般条件下，城市污水厂大都处理生活污水，其处理后的剩余污泥所含重金属量较小，其渗滤液危害不大。但是，一旦工业污水进入城市污水处理系统中，污泥会含有多种重金属离子，处理工艺流程中所产生的污泥若不经处置肆意露天堆放，遇雨水渗淋后，其中的重金属离子则会析出，若污泥中所含某些重金属超出规定的相关标准却进入到生物圈内，将会造成无法预计的损失，环境安全与人类健康堪忧。同时，重金属具有富集性，很难在环境中降解。随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成中毒，造成极大危害。同时，重金属对土壤的污染具有不可逆转性，已受污染土壤没有治理价值，只能调整种植品种来加以回避。可见，如若不加以防治不加处置却肆意堆放的污泥，后果将不敢设想。2.2 污泥浸出特性污泥的浸出毒性极大程度上受到其相关特性的影响，其中pH值、浸出时间等的影响较为显著。 2.2.1 pH值的影响上文提到，特别是酸雨作用下，露天堆放的污泥中有害元素会淋溶析出，可见实验中，浸提剂pH值的变化对污泥中重金属浸出具有显著的影响。同时，pH值对污泥中重金属浸出的影响也会因重金属种类、形态的不同而存在较大的差异7。pH主要通过对污泥中的物理、化学以及生物反应过程的影响来间接影响其中重金属的有效性。其中物理反应过程是指污泥在浸提剂的作用下发生晶格破坏的可逆过程，而化学反应过程是指浸提剂和污泥的有关组分之间发生化学反应生成可溶性的化合物进入溶液相的过程5，pH则往往会起到抑制反应进行或改变反应方向的作用。通常认为，污泥的pH值与污泥中重金属（除Mo外）的活性呈负相关关系，即低pH 情况下有利于重金属的迁移及释放，高pH 情况下则有利于提高重金属的稳定性。浸提剂的pH值会直接影响到浸出毒性实验结果的可靠性7。2.2.2 浸出时间的影响 由于重金属特性及其在污泥中存在形态的差异，其浸出速率也可能存在差异。宋学东8所研究的关于浸出时间对污泥中重金属元素的浸出影响实验中，Fe、Mn、Cu等7种重金属浸出浓度随时间的变化均存在类似典型的浸出变化过程。前两小时，重金属的浸出浓度均呈迅速增加的趋势，这可能由于以弱吸附态形式与污泥结合的那部分重金属离子迅速解吸而释放到水溶液中造成的。随后，重金属浸出浓度均出现一个缓慢增加直至达到最高浓度的过程，此过程可能由于部分活性较强的重金属离子在离子交换作用及与可溶性有机物的络合等作用下而释放到水溶液中造成的。然后，多数重金属又都出现了一个浸出浓度降低的过程，这可能与释放到水溶液中的重金属离子又重新吸附到污泥颗粒表面有关。可见，污泥中重金属在水溶液中的浸出是一个非常复杂的物理、化学及微生物的综合作用过程，使其保持“释放一解吸一再释放”的动态平衡过程。同时，实验中还得出Cr、Cu、Fe、Ni和Zn五种元素在水溶液中的最高浸出浓度均出现在浸提开始后的第8小时，这与国家标准的方法中规定的8小时相吻合8。 2.2.3 固液比的影响 液固比对重金属浸出的影响主要从两方面加以体现：一方面是液固比的增加，可以对浸出物浓度起稀释作用，即当浸出物的量恒定时，液固比的增加与浸出物浓度成反比，但同时这一规律受到浸出物溶解度的制约，若浸出物溶解度很小，则在各种液固比条件下浸出物平衡浓度保持恒定，与液固比无关；另一方面，液固比的变化与浸出液的pH值密切相关。丁世敏9通过研究重庆垃圾焚烧飞灰中的重金属浸出特征，得出多数重金属的浸出量随着固液比的增加而增加。2.3 浸出毒性与污泥再利用 当今国内外污泥处理与处置技术的发展依据是“四化”原则减量化、稳定化、无害化和资源化。污泥自身是一种很有利用价值的潜在资源，随着其产生量的不断增大，各国都在大力发展污泥处理处置和资源化利用的各种技术以充分利用污泥资源。其中，农用和建材利用是两大重要趋势，但是无论是哪一种方式，都需要对污泥进行一定的预处理才能加以利用。2.3.1 污泥农用污泥中含有丰富的氮、磷、钾、微量元素等是农作物生长所需的营养成分；有机腐殖质（初沉池污泥含33，消化池污泥含35，活性污泥含41，腐殖污泥含47）是良好的土壤改良剂；蛋白质、脂肪、维生素是有价值的动物饲料成分。因此综上性质，农用是不错的再利用途径。但是，污泥浸出毒性制约了农用途径，为了突破 “桎梏”，研究污泥浸出液毒性十分重要。经过对某些城市大型污水厂进行浸出毒性的实验可知，在某些条件下污泥重金属离子的浸出毒性会高于国家标准的最高允许值，此时污泥直接农用是不可行的。因此，应该设法降低或控制污泥浸出液中重金属浓度。国内外控制污泥重金属污染的主要方法，一是采用污泥堆肥，二是利用钝化剂钝化污泥中重金属。污泥堆肥即依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化所得到的产物。通过堆肥化处理，其产品可与市售的无机氮、磷、钾化肥配合生产有机无机复混肥。它集生物肥料的长效、化肥的速效和微量元素的增效于一体，在向农作物提供速效肥源的同时，还能向农作物根系引植有益的微生物，充分利用土壤潜在肥力，并提高化肥利用率5。2.3.2 建材利用污泥中的有机和无机成分可以分别被利用制造建筑材料，例如污泥制砖、陶粒、生化纤维板及水泥。污泥制砖的方法有两种：一是干污泥直接制砖，需调节成分使其与制砖黏土的化学成分相当，当污泥与黏土质量比为1:10配料时污泥砖基本上与普通红砖的强度相当；二是用污泥焚烧灰制砖，不同的污泥焚烧灰的成分差别很大，一般情况下，焚烧灰的成分与制砖黏土成分接近。污泥制陶粒包含用生污泥或厌氧发酵污泥的焚烧灰造粒后烧结和用脱水污泥制陶粒两种方法。轻质陶粒一般可用作路基材料、混凝土骨料或花卉覆盖材料使用。活性污泥中的有机成分粗蛋白（约占30-40）与酶在碱性条件下会发生蛋白质的变性，利用这种变性作用能够制成活性污泥树脂，与纤维合起来压制成板材，能用来制造建筑材料或家具。其在技术上可行，但在实际制造过程中会产生气味，需要脱臭措施5。可见，上三种污泥再利用方法都需要对污泥进行相关的处理以保证其使用的稳定性。通过研究浸出液中重金属含量是否超出国家标准则是判定污泥是否是有害废物的特性之一10，同时了解了污泥的特性也是为了能够更好地对污泥进行再利用的预处置。用污泥作为原料生产水泥，除可实现资源、能源的充分利用，因污泥中的重金属元素在熟料烧成的过程中被结合进熟料晶格中，还可将其中的有毒有害物质中和吸收，使危害尽可能减少，近年来受到广泛关注5。通常，经水泥固化后可实现污染物的稳定化，但是在长期使用的过程中，外界化学条件的变化以及大量微生物诱发的生物化学变化，都会对重金属的活动性产生影响而使重金属存在逐渐缓慢溶出的可能11。因此，我们可通过研究污泥的浸出特性使其在预处理中浸出毒性达到最大，加强其日后再利用使用中的稳定性。3.总结 随着工业生产的发展和城市人口的增加，工业废水与生活污水的排放量日益增多，污泥产量迅速增加。如何妥善地处理处置污泥是全球共同关注的课题，当今的共识是将污泥视为一种资源加以有效利用，在治理污染的同时变废为宝。无数的研究成果已经为我们开创了许多污泥再利用的道路，我们要做的是在前人的基础上不断地改进、完善，使工艺更为成熟，抑或是开发出更加有效的处理方法。通过研究武汉市部分污水厂污泥重金属的浸出毒性，探究浸出特性对于污泥再利用影响，同时制定出最适宜的含重金属污泥的处置方案。4.参考文献1 黄雅曦，李季，李国学等污泥资源化处理与利用中控制重金属污染的研究进展2006，14(1)：1-32 尹军，谭学军，廖国盘我国城市污水污泥的特性与处置现状J2003，19(13)：21-243 林兰稳，钟继洪，谭军城市污水污泥与稻草、粉煤灰混合堆肥及其利用评价J2005，l4(5)：678-6824 董兴玲，张虎元，王锦芳等水泥固化污泥中重金属的浸出危害性研究2008，26(2)：74-765 宁平主编固体废物处理与处置北京：高等教育出版社，2007：240-2466 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法HJ 557-20097 李晓晨，赵丽，印华斌浸提剂pH值对污泥中重金属浸出的影响2