污泥包裹飞灰热解炭中重金属稳定性研究:铁盐添加剂的作用

在污泥包裹飞灰中添加不同比例的铁盐后进行热解,依据HJ/T 300—2007《固体废物浸出毒性浸出方法——醋酸缓冲溶液法》,研究了铁盐对污泥包裹飞灰热解炭中重金属的稳定效果,确定了基于热解炭最终处置目标的最经济的铁盐添加量和最大飞灰包裹量。结果表明:添加混合铁盐可以增加污泥包裹飞灰热解炭中重金属的稳定性,随着铁盐添加量增加,重金属的浸出浓度先减小后增加。综合经济性和稳定性,确定最适宜的铁盐添加量为1.5%。添加铁盐可增加污泥的飞灰包裹量,在Fe添加量为1.5%,热解温度500℃的条件下,污泥对飞灰的最大包裹量是1∶2,此条件下的产物热解炭可以进入生活垃圾填埋场处置。     

高温热解对污泥炭特性及其重金属形态变化的影响

温度是影响污泥热解产物性质的主要因素之一。研究了热解温度(550,700,850℃)对污泥炭性质、结构和重金属含量及其形态变化的影响。结果表明:污泥炭产率(55. 83%)和H/C(0. 05)在热解温度为850℃时达到最小值。而当热解温度为700℃时,其pH值、比表面积及污泥炭中各重金属总量与残渣态百分比(F4)均为最大值,同时其所含各重金属中生物有效态(F1+F2)的质量分数也均为最低值,即污泥中各重金属潜在的生态风险水平处于最低水平。而当温度升至850℃时,污泥中各重金属相对稳定态质量分数(F3+F4)有所减小,这可能是由于高温条件下金属易随热解气挥发所导致。故700℃是提升污泥炭质量和钝化污泥中重金属、降低其生态风险的最佳温度。     

广州城市污泥中重金属形态特征及其生态风险评价

分析了广州市4个不同来源的城市污水处理污泥中重金属含量,考察了污泥样品中重金属形态分布和生物可利用性,并分别利用风险评价指数(RAC)和固废重金属毒性浸出方法评价了污泥中重金属生态危害风险和浸出毒性风险.结果表明,污泥样品中Cu、Cr、Pb和Zn含量较高,不同来源污水处理污泥中重金属含量差别较大.污泥样品中重金属绝大部分以非稳定态存在,酸性污泥中可迁移的酸溶态重金属比例较高.由单一萃取结果,1 mol·L-1NaOAc溶液(pH 5.0)和0.02 mol·L-1EDTA+0.5 mol·L-1NH4OAc溶液(pH 4.6)分别对酸性和碱性污泥中生物可利用态重金属具有较好的萃取能力.污泥酸性越强,其中生物可利用态重金属比例越大.污泥中重金属的迁移能力使其处于高生态危害风险程度;重金属的生物可利用性使酸性污泥大多处于极高危害风险程度,而使碱性污泥大多处于中等危害风险水平.除城市污水处理污泥外,污泥样品中重金属具有高的浸出毒性风险,萃取重金属生物可利用态后,污泥仍具有高浸出毒性风险,但由于浸出毒性风险降低使部分污泥可进行填埋处置.     

建筑废物填海处置过程重金属浸出特性及环境影响

填海处置已成为滨海城市建筑废物的重要消纳途径,而海水侵蚀导致重金属浸出可能加剧环境风险.为探究不同类型建筑废物中重金属受海水侵蚀的浸出特性及环境影响,于深圳市的城中村拆除作业现场、建筑装饰装修工程现场、建筑废物资源化利用厂、建筑垃圾堆填场开展不同来源建筑废物样品采集,分析样品中w（Zn）、w（Pb）、w（Cu）、w（Cd）,评价其潜在环境风险并解析其产生源;在此基础上,参考固体废物毒性浸出方法开展海水浸出模拟试验.结果表明:①建筑废物中重金属的潜在环境风险程度依次表现为Zn > Pb > Cu > Cd,w（Zn）、w（Pb）、w（Cu）、w（Cd）的最大值依次为197.8、82.6、67.1、0.22 mg/kg,分别为广东省土壤环境背景值的3.8、2.2、3.7和2.2倍,且来源于砖块、瓷砖、砂浆块、墙面涂料和玻璃的重金属含量超过了围填海工程填充物质成分限值要求.②海水对废物中重金属浸出影响显著,在液固比为10:1、浸出时间为18 h条件下,Zn、Pb、Cu、Cd浸出率分别高达15.9%、82.0%、10.4%和57.4%.③随着液固比和浸出时间的增加,重金属浸出量呈明显的上升趋势,其中Pb的浸出量最高.鉴于此,一方面应完善海水侵蚀对建筑废物中重金属浸出给沿海环境带来的生态风险分析;另一方面在填海处置前应加强建筑废物的风险管理如分类收集和安全处置等,并建立相应的控污机制.      

复合硫杆菌生物浸出污泥中重金属的效果及与pH和ORP的关系

利用复合嗜酸性硫杆菌(氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌)在不同接种量下(5%,10%,20%)对城市污泥进行生物沥浸,探讨了沥浸过程中不同重金属的浸出效果及其与pH值和氧化还原电位(ORP)的相关关系.结果表明,该方法能有效地浸出污泥中的重金属,生物沥浸处理10d后.污泥中Cu、Zn和Ni的浸出率可分别达到98%、99%和90%,硫杆菌接种量越大,沥浸反应速率越快,20%接种处理10%接种处理5%接种处理未接种处理.污泥生物沥浸过程中pH的下降和ORP的上升,是促进污泥重金属溶出的主要驱动力,但其中Cu的浸出同时受pH下降和ORP上升的双重影响,而zn和Ni的浸出则主要受pH影响.污泥中Cu、Zn和Ni开始大幅度浸出的pH阈值大约为4、5和5左右.研究还发现,生物沥浸处理虽可使污泥中有机质、全氮、全磷和全钾含量有所下降,但并不影响其农业利用价值.     

生活污水污泥制备的生物质炭对红壤酸度的改良效果及其环境风险

采用厌氧热解方法由采自南京市生活污水处理厂的2种污泥分别在300、500和700℃下制备生物质炭,测定了污泥和污泥生物质炭的性质和重金属含量,研究了污泥和污泥生物质炭对酸性红壤的改良效果,并探讨了污泥炭中重金属的环境风险,以考察污泥生物质炭在红壤地区农用的可行性.结果表明,污泥和污泥炭中含有一定量的碱,添加污泥和污泥炭均可提高红壤的pH值,但污泥中有机氮的矿化和铵态氮的硝化会引起红壤pH波动.90 d培养实验结束时,500和700℃下制备的污泥炭的改良效果远高于污泥.污泥和污泥炭中含有丰富盐基阳离子,添加污泥和污泥炭提高了土壤交换性钙、镁、钾和钠含量,降低了土壤交换性铝和交换性H+含量.污泥制备成生物质炭后重金属含量有所增加,但除Zn和Cd外,Cu、Pb、Ni和As含量没有超过国家标准.与污泥相比,城东污泥炭中有效态重金属含量显著降低,说明热解过程可以降低有毒重金属的活性.90 d培养实验结束后,添加江心洲污泥和污泥炭处理之间土壤有效态重金属含量差异不显著;添加城东污泥炭处理,土壤大部分重金属的有效态含量低于添加污泥处理.因此,污泥生物质炭可以用作酸性土壤改良剂,与直接添加污泥相比,污泥生物质炭没有增加土壤重金属的活性和生物有效性.     

污泥灰渣煅烧过程重金属氯化脱除特性研究

市政污泥中含有丰富的磷资源，焚烧能实现污泥中磷的富集，但灰渣中重金属的潜在环境风险大大限制了其实际应用。文章以CaCl₂为氯化剂，研究不同煅烧温度(800～1 000℃)下，CaCl₂添加量对富磷灰渣中重金属Zn、Cu脱除的影响，以及煅烧对富磷灰渣磷的固定和磷形态转化的影响。结果表明，CaCl₂能有效促进煅烧过程重金属Zn、Cu的脱除，且温度越高，CaCl₂的添加对Zn、Cu的脱除越有效。CaCl₂添加量为0时，重金属Zn、Cu的脱除率均低于5%，当CaCl₂的添加量从0增加到50 g Cl/kg SSA时，Zn、Cu的脱除率分别提高到97.8%和83.4%(1 000℃时)。相比原污泥，煅烧后富磷灰渣中重金属Zn、Cu的浸出浓度大幅降低，残渣态和可氧化态占比增加，具有较低的生态环境风险。800～1 000℃条件下，富磷灰渣中磷的固定率皆在90%以上，且CaCl₂的加入促进了富磷灰渣中非磷灰石无机磷(NAIP)向AP磷形态的完全转化，...     

超声波辅助浸取分离污泥中的重金属

以实验室合成的含重金属离子的污泥为研究对象,通过实验分析对比了不同pH下超声波对污泥中重金属离子去除率的影响。研究表明,在超声波的辅助作用下,一步酸浸法能使Cu-Fe混合污泥中的Cu和Fe完全分离,Cu和Fe的离子浸出率分别是97.47%和1.81%;超声波辅助两步酸浸法分离Cu-Cr污泥中的Cu和Cr,96.52%的Cu溶解在浸出液中,96.64%的Cr保留在浸出渣中,Cu、Cr可完全分离;在Cr-Fe混合污泥中,超声的辅助作用使两步酸浸后Cr的浸出率达97.05%,浸出渣中则含98.48%的Fe,2种金属得到有效的分离。酸浸过程中加入超声波对重金属的分离回收有明显的强化效果。     

无铅焊料合金中重金属元素浸出行为的研究

选用Sn.3.5Ag-0.5Cu、Sn-3.5Ag、Sn-0.5Cu无铅焊料合金及它们与Cu的钎焊接头,研究了它们在典型的酸性、碱性和盐溶液中的重金属元素的浸出规律.结果表明,焊料合金中的主要浸出元素Sn在酸性或碱性溶液中的浸出量都不是太多,而在NaCl盐溶液中浸出量增大2个数量级.制备成钎焊接头后,在酸性环境中,Sn-3.5Ag和Sn.0.5Cu钎焊接头中Sn的浸出量增加1个数量级以上,而在NaOH碱性环境中.Sn-3.5Ag-0.5Cu钎焊接头中Sn的浸出量相对较高.该结果对电子垃圾填埋环境选择及相关决策提供了参考.     

稻壳与污泥共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响

污泥热解过程中,辅料是影响热解产物性质的主要因素之一.本文研究了添加废弃生物质辅料——稻壳(0、25%、50%)对污泥炭性质、结构和重金属含量、生物有效性及生态风险的影响.实验结果表明,稻壳添加比例为50%时,污泥炭产率及其H/C和O/C比均为最小值,而其pH值和比表面积均达到最大值,污泥炭芳香化程度明显提高.同时,添加稻壳致污泥炭所含重金属存于生物有效态的含量显著降低.通过RAC风险评估,稻壳添加比例为25%时,较原污泥,污泥炭中Cu、Zn、Mn和Ni 4种元素风险水平均有不同程度的减小,而当添加比例为50%时,污泥炭中除Cu元素以外,其余各重金属风险等级均为低风险或无风险.表明污泥与稻壳共热解可有效降低污泥中重金属潜在生态风险水平,且当稻壳添加比例为50%时处理效果最优,本研究结果为污泥与稻壳资源化和无害化利用提供了理论依据.     

皂角苷和柠檬酸联合对污泥中Cu、Pb和Zn的去除及其稳定性特征

以武汉某污水处理厂的污泥为研究对象(S1和S2),通过皂角苷和柠檬酸联合振荡淋洗试验,研究不同体积比(20∶1~1∶20)、固液比(1∶20~1∶80)、淋洗时间(0~2 880 min)、淋洗次数(1~4)对污泥中重金属Cu、Pb和Zn去除的影响.分析淋洗前后各形态重金属的去除特点,并通过计算稳定性指数(I_R值)和移动性指数(MF值)探究重金属稳定性和移动性的变化.结果表明,在体积比(皂角苷∶柠檬酸)为5∶1,固液比为1∶60,淋洗时间1 440 min时,污泥中Cu、Pb和Zn的最高去除率分别可达43.16%(S1)、32.45%(S2)和38.69%(S1).增加淋洗次数对Cu和Pb的去除率有较大幅度提高,而对Zn的影响较小,尤其在2~3次淋洗后差异显著.4次淋洗后Cu、Pb和Zn的最高去除率分别为78.89%(S1)、77.08%(S2)和49.39%(S1).单次淋洗后,除酸溶态和可还原态外,污泥中其余形态的去除率均较低.增加淋洗次数,重金属的各形态去除率逐渐升高,尤其是Pb中的残渣态去除率增长明显.淋洗改变了重金属的稳定性和移动性,4次淋洗后Cu、Pb和Zn的IR值最大增长率分别为43.63%(S1)、39.44%(S2)和32.00%(S1),MF值减少30.19%~79.45%.     

污泥富磷堆肥前后重金属赋存形态及释放能力变化

市政污泥富含有机质和N、P等营养元素,经堆肥稳定化处理后可成为矿山废弃地复垦的良好基质,但市政污泥中含有的重金属成为限制其土地利用的主要瓶颈.以磷尾矿为辅料进行污泥堆肥处理,既可利用其中磷酸盐固定市政污泥中的重金属,又可实现磷尾矿和市政污泥的协同资源化利用.以磷尾矿渣为辅料,采用高温好氧堆肥工艺,研究污泥堆肥前后重金属As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd和Zn的赋存形态以及不同pH条件下的重金属浸出特性,探讨污泥富磷堆肥处理对堆肥中重金属迁移转化的影响.结果表明,污泥添加磷尾矿渣经过堆肥处理,促进了重金属由不稳定形态向稳定形态转化,降低了重金属在土壤自然pH范围(6~8)内及强碱性条件下的潜在释放风险,有利于污泥的土地利用.     

我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征及变化规律

对由中国知网数据库和维普中文科技期刊全文数据库报道的近30年来我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征和年代变化规律进行了分析. 结果表明:近30年来城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Pb)、w(Cr)、w(As)、w(Hg)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)平均值或中位值均符合GB 18918─2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥农用时污染物控制标准限值,但数据离散且呈偏态分布. 依据GB 18918─2002,1980─1989年我国城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中有w(Cd)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)超标,90%分位值中有w(Cd)、w(Pb)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标;1990─1999年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中除w(As)外其他重金属均超标;2000─2010年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中w(Cd)、w(Cr)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标. 从年代变化看,我国城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Cu)随年代逐渐下降,但w(Hg)、w(As)、w(Cr)、w(Zn)、w(Ni)、w(Pb)呈波动趋势. 近10年数据表明,我国城市污水处理厂污泥中w(Ni)、w(Cd)、w(Hg)超标倍数最高,在进行污泥处置时需要优先关注.      

市政污泥热解过程颗粒物中重金属分布

以深圳市某污水处理厂的污泥为原料,研究了污泥热解过程产生的颗粒物及其中8种重金属的分布规律.结果表明,颗粒物的生成速率分别在400~600℃和1000℃保温30min的两个区间内达到峰值.8种重金属的热挥发性由大到小依次为Cd > Zn > As > Pb > Mn > Ni > Cu > Cr,而其在颗粒物中富集能力大小顺序为Pb > As > Mn > Zn > Cd > Ni > Cr > Cu.颗粒物重金属在热解气中的体积浓度随热解过程呈上升趋势,Zn和Cd则在升温阶段（1000℃以前）达到峰值后开始降低.研究表明,污泥热解颗粒物富集的重金属超标,因而污泥热解尾气颗粒物的去除装置十分必要.     

污泥屏障氧化缓冲容量与重金属再溶出关系研究

借助微生物厌氧活动特别是硫酸盐还原反应,污泥屏障可用来固定尾矿堆场重金属.针对尾矿风化淋滤形成的酸性采矿废水(AMD)与污泥之间发生的氧化还原反应导致的重金属溶出问题,通过氧化滴定实验研究了不同污泥悬液的氧化缓冲容量及其与重金属浓度的关系.结果表明,污泥悬液的氧化缓冲容量随着悬液固液比的增大略有减小,但随着悬液厌氧培养时间的延长而增加.污泥的氧化缓冲容量主要来自Eh≤-150mV的强烈还原区间,可达氧化缓冲容量的50%以上.氧化滴定过程中发现,当Eh≥-150mV时,Zn首先明显溶出;当Eh≥150mV时,Cu和Pb明显溶出.基于实验结果,建立了污泥屏障在AMD渗流条件下氧化缓冲容量消耗的数学模型.模拟计算结果表明,当AMD水头高度为10m时,厚度2m的污泥屏障经历AMD溶液38787a的渗透氧化,仍可保持原有的强烈还原状态,具备对重金属的固定效果.     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

细胞冻融破碎对城市污泥中重金属浸出浓度的影响

利用反复冻融的方法对污泥细胞进行破碎,考察处理前后污泥重金属的浸出浓度和形态分布的变化,并通过扫描电镜和红外光谱分析污泥中微生物细胞形貌和有机化合物含量的变化.结果显示,经过细胞破碎处理后,污泥中重金属的浸出浓度增大,锌、镍、铬、镉和铜的浸出浓度比原始污泥分别增加了9.7%、5.1%、25%、9%和50%.不稳定态增加,锌和镍的不稳定态分别增加了20.4%和37.9%,锌、镍、铬和铜的有机态分别减少了4.2%、8.2%、1.2%和5.1%.细胞发生了形貌上的变化,细胞体破碎程度严重.细胞EPS以及污泥中的蛋白质、羧酸、多聚糖等有机基团含量明显减少.细胞破碎后污泥浸出浓度增加的主要原因是污泥中有机态的重金属转化成了其他不稳定态的重金属.     

中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势

对相关研究结果的系统统计表明，Zn是我国城市污泥中平均含量最高的重金属元素，其次是Cu，再次是Cr，而毒性较大的元素Hg、Cd、As含量往往较低，通常在几个到十几个mg/kg范围内；70％统计样本的As含量在20ms／kg以内，而Cd、Cr、Ca、Hg、Ni、Pb、Zn含量则分别在2．8、250、417、5、75、130、1701ms／kg以内．我国城市污泥中的重金属含量普遍低于英美等发达国家，而且其中的重金属含量呈现逐渐降低的趋势．按照1984年颁布的《农用污泥污染物控制标准》(GB4284-84)，Zn是我国城市污泥中超标问题最突出的重金属，其超标率为55％；但按照2002年新修订的《城镇污水处理厂污染物排放标准(报批稿)》，Zn的超标率仅为9％．一方面，我国的土壤和儿童普遍缺Zn，另一方面，我国现行的农用污泥污染物控制标准对城市污泥中的Zn控制过于严格，而且也不尽合理，急需对其进一步完善，以合理解决城市污泥的处理处置途径，推动城市污泥的资源化和无害化利用．