超聲波協(xié)同硝酸提取城市污泥重金屬的研究

1、超聲波協(xié)同硝酸提取城市污泥重金屈的研究1.1城市污水廠污泥問題的提出隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對環(huán)境的要求越來越高，用以控制水污染的城市污水廠相繼建 成。目前，我國已建成并運轉(zhuǎn)的城市污水處理廠有400余座，年處理污水能力為113.6 x 10wo據(jù)測算，我國城市污水量在未來20年述會冇較大增長，2010年污水排放量將 達到440x 10如7d, 2020年污水排放量將達到536x 10*7d。2003年我國城市污水處 理廠產(chǎn)生濕污泥量約為1.48x 107噸（按含水率80%計），每年以10%的速度遞增。另 外，污泥處理費用能夠占據(jù)污水處理廠總運行費用的20-50%,投資能夠占污水處理廠總 投資的30

2、-40%。因此，我國污泥處水處理事業(yè)在不斷取得進步的同時，也將面臨巨大 的污泥處理處置壓力。表1西歐、美國和英國的污泥處置情況處置方法西歐美國英國愛爾蘭農(nóng)用30404260填埋4524812投海18193028焚燒72170調(diào)節(jié)土壤20經(jīng)濟利用66儲存50目前，污泥處置方式主要有填埋、焚燒、倒海和農(nóng)業(yè)利用等。從表1中可以看出當(dāng) 前世界發(fā)達國家主要的污泥處置方式就是土地利用，從表2可知，在我國，以廣州市 為例污泥，一般含有大量的氮、磷、鉀的營養(yǎng)成分，可以用作肥料和土壤改良劑。因此 土地利用不但可以有效利用污泥中有用的營養(yǎng)物質(zhì)，使其重新參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循 環(huán)，而且費用低廉，消納量也很大，所以逐漸

3、成為污泥利用的主流。但重金屬卻成為了 污泥農(nóng)用的主要限制因了，無論是將污泥直接經(jīng)過簡單處理施入農(nóng)田，還是將污泥發(fā)酵 作為冇機原料，生產(chǎn)冇機肥或冇機無機復(fù)合肥，都不可避免將對環(huán)境冇害的重金屬帶入 環(huán)境。同時城市污泥屮大量的重金屬，在土地利用過程屮容易對土壤、地下水和動植物 造成二次污染，即使經(jīng)過堆肥化也未能對重金屬的問題有實質(zhì)性的解決。所以鑒于污泥 屮重金屈所造成的巨大危害性的影響，各國的專家及學(xué)者針對去除污泥屮重金屈或降低 其含量作了大量卓有成效的工作。表2廣州市污泥中的營養(yǎng)成分（單位：）污水廠名稱氮磷鉀獵德污水廠3.232.252. 11大坦沙污水廠3.672. 131.73廣州開發(fā)區(qū)污水廠

4、5.413. 321.45國內(nèi)其它大型污水處廠2. 4-3. 91.2-3. 50. 32-0. 431.2污泥重金屬去除技術(shù)現(xiàn)狀1.2. 1物理方法物理方法去除污泥屮重金屈的方法主要冇活性炭吸附、電極法、電磁法等。活性炭 吸附法的原理是由于活性炭具有發(fā)達的內(nèi)表面，在其內(nèi)表面上還可以嫁接各種基團如竣 基、內(nèi)脂、酚疑基、熒光內(nèi)脂、按基等，采用含冇基團的活性炭吸附污泥中的重金屬， 達到去除重金屬的口的。利用活性炭吸附污泥屮的重金屬后，雖然重金屬可以冋收，但 是活性炭的吸附具冇專一性并且活性炭的再生效率不高。電極法是通過電流的作用來 提高污泥的氧化還原電位（eh值）和在陰陽兩極附近的溶液中的h 和0

5、h 濃度， 達到調(diào)節(jié)污泥的pii值的作用，有利于去除污泥中的重金屈離了。電修復(fù)技術(shù)是一種 被證明有效的去除重金屈污染技術(shù)，對重金屈離了鉛、鎘、銘、砂和汞均有較好的去效 果，這種無廢液產(chǎn)生的電極法是一個值得關(guān)注的方向，但是存在技術(shù)、經(jīng)濟等原因的限 制，而且該技術(shù)對于在酸性環(huán)境下并不易移動的金屬離子則需要通過加入氧化劑使它們 轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹芙夂涂梢苿拥男问胶笤偌右猿ヘ巍ｋ姶欧ㄊ抢酶哳l電壓產(chǎn)生電磁波， 由于電磁波作用而產(chǎn)生熱能，進而對污泥進行加熱，使重金屈在污泥顆粒內(nèi)解析而達到 修復(fù)的目的，該技術(shù)適用于一-些易揮發(fā)性的重金屬，如汞或硒等揮發(fā)性重金屬，用此方法將其從污泥中去除，操作簡單、而且經(jīng)濟可行o

6、1.2.2微生物方法微生物方法能有效地去除污泥中的重金屬，那是因為細菌產(chǎn)生的特殊酶能還原重金 屬,且對cd、co、ni、mn、zn、pb、cu等有親合力，利用微生物對重金屬的絡(luò)合、配 位、離子交換和吸附。再通過酸化將重金屬淋濾出來。利用微生物來去除重金屬時， 除了少數(shù)重金屬元素如pb、cr的去除率低于50 %以外，其它元素如cu、zn、cd ni等 的去除率一般在50 %以上，在一定條件下其至達90 %以上。與化學(xué)法相比，微生物淋 濾法費用更低。對污泥中氮、磷及有機物的破壞小，可保持肥料價值(90 %'、100 %p、 100 %k) l0j ,生物淋濾方法把污泥的好氧消化和重金屬淋濾

7、結(jié)合起來，在負荷能力低 和污泥固體濃度高時，生物淋濾過程最為經(jīng)濟?？墒潜M管微生物淋濾法剔除污泥中垂金 屬的效果良好，但如何妥善處理高濃度重金屬的淋出液也是個問題，要防止環(huán)境二次污 染，通常用電解法回收重金屬，但成本高。另外，在去除大部分重金屬后的污泥往往酸 度較高，須進行屮和后才可以農(nóng)用，這同樣使成本增加。因此該口前尚未達到實用階段, 仍需進一步研究和完善。1.2.3化學(xué)方法去除污泥中重金屬的化學(xué)方法原理是使污泥中的重金屬由不可溶態(tài)的化合物向可 溶態(tài)的離子態(tài)轉(zhuǎn)化，所以除去污泥屮的重金屈可以通過捉高污泥的eh和降低其酸度(ph 值)的辦法來達到門叮。所以去除污泥屮重金屬的主要化學(xué)方法主要有酸化處

8、理、離子交 換、溶解作用、表面活性劑和絡(luò)合劑等，使一些難溶的金屬化合物轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)的金屬 離子或金屈絡(luò)合物，達到去除它們的目的。目前研究最多的是是酸化處理，另外就是利 用絡(luò)合劑的作用進行處理的方法。酸化處理法通常采用硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸和有機 酸等化學(xué)試劑來溶解人量的金屬。而利用冇機絡(luò)合劑來去除污泥中重金屬的原理是在一 些難溶的金屬化合物屮加入絡(luò)合劑后，將其轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)的金屬絡(luò)合物予以去除。酸化 處理方法雖然是一個處理效果好、技術(shù)成熟、耗時短的方法，但是酸的耗用量大，費用 昂貴，并且酸處理后的廢液的后處理需要用大量的石灰來中和，這樣不但使成本增加，而 且易造成新的二次污染。而使用edta等絡(luò)

9、合劑處理后的含冇重金屬的絡(luò)合物處理也是 一個令人棘手的問題。1.3超聲波概述超聲波為聲波的一種，是介質(zhì)（空氣和液休）中的一種彈性機械波，頻率為 15khz-10mhz,超岀人耳聽覺上限。依據(jù)頻率及用途不同，超聲波又可分為功率、高頻 和診斷超聲。功率超聲波一般作為一種能量輸入形式，常用于清洗、塑料熔接、溶液混 合及強化化學(xué)化工過程等；高頻和診斷超聲波作為-種波動形式，常用于醫(yī)學(xué)掃描、化 學(xué)分析及松弛現(xiàn)象研究等他o超聲波協(xié)助提取污泥重金屬的基本原理有三個：超聲波熱學(xué)機理、超聲波機械機制 和空化作用。熱學(xué)原理是，超聲能和其他形式的能一樣，也會轉(zhuǎn)化為熱能。生成熱能的 多少取決于介質(zhì)對超聲波的吸收。所吸

10、收能量大部分或全部將轉(zhuǎn)化為熱能，從而導(dǎo)致組 織溫度升高。這種吸收聲能而引起溫度升高是穩(wěn)定的，所以超聲波可以在瞬間使內(nèi)部溫 度升高，加速有效成分的溶解；機械機制是由輻射圧強和超聲壓強引起的。輻射壓強可 能引起兩種效應(yīng)：其一是簡單的騷動效應(yīng)；其二是在溶劑和懸浮體之間出現(xiàn)摩擦。這種 騷動可使蛋白質(zhì)變性，細胞組織變形。而輻射壓將給予溶劑和懸浮體以不用的加速度， 即溶劑分了的速度遠大于懸浮體的速度，從而在它們z間產(chǎn)生摩擦，這力量足以斷開兩 碳原子之鍵，使生物分子解聚；而空化作用是指由于大能量的超聲波作用在液體里，當(dāng) 液體處于稀疏狀態(tài)下時，液體會被撕裂成很多小的空穴，這些空穴一瞬間閉合，閉合時 產(chǎn)生瞬間高

11、壓，即稱為空化效應(yīng)。這種空化效應(yīng)可細化各種物質(zhì)以及制乳濁液，加速待 測物屮的有效成分進入溶劑，進一步提取可以增加有效成分提取率。圖1表示超聲波的空化效應(yīng)產(chǎn)生極大的壓力造成被粉碎物細胞壁及整個生物體的破 碎，而且整個破碎過程在嶙間完成；同時，超聲波產(chǎn)生的振動作用加強了胞內(nèi)重金屬的 釋放、擴散及溶解，有利于重金屬成分的提取。纖絲o超聲波空化氣泡° 重金屬離子oo超聲波空化氣泡重金屬離子圖1超聲作用下重金屬從污泥絮凝體釋放過程示意圖1.4研究內(nèi)容與意義1.4. 1研究內(nèi)容木文將重點研究污泥通過超聲處理，使附著在污泥顆粒表面的重金屬受超聲空化效 應(yīng)得以解析，形成游離態(tài)重金屬，再添加適量水分或

12、調(diào)節(jié)酸堿度，通過攪拌離心，使大 部分重金展與污泥分離，完成污泥重金展的去除的效果。1.4.2研究意義污泥的處置與資源化是困擾全世界的一犬難題，如何將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥 經(jīng)過科學(xué)處理后，使其穩(wěn)定化、無害化、資源化，已成為我國乃至全世界環(huán)境領(lǐng)域深為 關(guān)注的課題之一。特別是污泥泥中的重金屬含量高，一些重金屬的含量甚至超過土壤中 正常含量的數(shù)百倍，冃重金屈在土壤屮的停留時間長，難遷移、易富集、危害大、隨 食物鏈傳遞等特點，一直是限制底泥資源化的主要因素。本文利用超聲波技術(shù)手段，探 討污泥重金屬提取的解決方法。2.材料與方法2.1試驗材料研究的試驗污泥為剩余活性污泥、濃縮污泥取自廣州市大坦沙污水處

13、理廠，該廠采 用改良川-0工藝處理生活污水。充分混勻后進行超聲處理，在盡可能短時間內(nèi)完成齊項 理化指標分析，以避免污泥樣品在長時間內(nèi)再次發(fā)生細胞與絮體結(jié)構(gòu)的理化性質(zhì)變化。 其基木的理化性質(zhì)見表3。表3活性污泥基本理化性質(zhì)項目數(shù)值我國污泥農(nóng)用標準(酸性土壤)是否超標ph6. 65orp(mv)27. 50ts (mg/1)11556±74. 97含水率(%)9& 84±0. 007總銅(mg/kg)286. 03±2. 98w250是總鋅(mg/kg)1257. 84±12. 72w500是總鉛(mg/kg)750. 61 ±5. 41w

14、300是總鎘(mg/kg)2. 00±0. 08w5否總鋸(mg/kg)98. 84±1.42w600否注：表中數(shù)據(jù)為平均值土標準誤。2.2試驗儀器試驗過程屮所需儀器見表4。表4試驗器材儀器名稱型號產(chǎn)地數(shù)碼鼓風(fēng)干燥器gzx-9070mbe上海原了吸收分光光度計iiitachiz-2000口本口立電子天平fa2004n上海精密科學(xué)有限公司離心機universal r32德國ph計phs-3c上海偉業(yè)儀器廠移液槍1ml, 5mldragon-med ltd.超生破解儀廣州可達超聲儀器設(shè)備有限公司2.3試驗裝置超聲破解儀由廣州可達超聲儀器設(shè)備有限公司提供，該儀器由發(fā)生器、換能器及

15、超超聲變頻器隔音室冰塊；圖2超聲波試驗裝置示意圖霍姆斯儀 超聲探頭 污泥樣品 電源聲探頭三部分組成，其屮探頭部分為 ms73鈦合金圓柱體結(jié)構(gòu)，直徑20mm, 長度135mmo儀器工作頻率20khz, 可調(diào)功率500-2000wo試驗中，將500ml 活性污泥置于500ml三角瓶中，超聲 處理前充分混勻。然后將超聲探頭浸 于污泥液面下lonrni處，通過調(diào)節(jié)作用 時間向污泥輸入不同的超聲能量，以 研究最佳超聲能量條件以提高污泥重 金屬的提取能力。2.4試驗方法2.4. 1污泥樣品的處理試驗超聲頻率為20kiiz,功率500w,而將超聲時間作為可變因素進行試驗調(diào)節(jié)，測 定污泥超聲前后水層垂金屬含量

16、變化。首先以超聲作用吋間為參數(shù)，測定污泥重金屬隨 作用時間變化的關(guān)系，從而選擇最佳作用時間。其次，在超聲協(xié)同下，利用硝酸提取污 泥重泥金屬，分析污泥溶出重金屬含量。最后，分析對比，得岀最佳確定最優(yōu)的提取酸 濃度與超聲吋間的組合。表5表示未加硝酸的污泥樣品的處理方法，表6表示加硝酸后 污泥樣品的處理方法。毎處理重復(fù)2次。試驗測定指標包括：(1) 105°c條件下的烘干污 泥中5種重金屬zn、cu、pb、cd和cr總量;(2) 5000rpm> 20°c條件下離心30min的上 清液中5種重金屬的溶解態(tài)含量；(3)每一個處理的pll值和orp值；(4)污泥的ts含 量；表

17、5超聲時間影響污泥溶出重金屬含量變化試驗方案處理號超聲時間(min)污泥體積(ml)超聲功率(w)a00500500a11500500a22500500a35500500a410500500a520500500表6硝酸協(xié)同超聲作用提取污泥重金屬試驗方案處理號濃硝酸(ml)超聲時間(min)污泥體積(ml)超聲功率(w)b02.250500500b12.251500500b22.252500500b32.255500500b42.2510500500b52.2520500500注：硝酸1=0.065 mol/1； iino3分子量 63.01,約含 hn03 65%左右，密度為 1. 4g/cm

18、3o2. 4. 2重金屬溶解態(tài)含量的測定剩余活性污泥經(jīng)充分混勻，在超聲與提取酸作用后于5000rpm和20°c條件下離心30min,取上清液30ml,再加入10ml 1%hno3,定容至50ml,搖勻待測。標線繪制:銅、鋅、鉛、鎘標準液配制：分別稱取l.oooog金屬銅、鋅、鉛、鎘，用1 ： 1硝 酸20ml,用純水定容至1000ml,搖勻作標準母液,其濃度為1.0000g/lo銘：將重銘酸鉀在105°c下烘干2h,冷卻，準確稱取0.2829g,用少量水溶解后全部轉(zhuǎn) 移至容量瓶定容至100ml,搖勻，其濃度為1.0000g/lo將上述5種重金屬母標準液各10ml,定容至10

19、0ml,搖勻作為混合標準液，其濃度 為100mg/lo再取混合標準液10ml,定容至100ml,其濃度為10mg/l,作為混合子標液。表7混合標準液配制混合直標液休積(ml)濃度(mg/1)定容體積(ml)0. 50. 1501.00.2502.00.4504.00.8506.01.25010. 02.05020. 04.0502.4.3重金屬總量的測定污泥重金屬總量測定參考土壤農(nóng)化分析，同時結(jié)合文獻，采用hno：-hcio4 消解樣品。稱取過100目篩的污泥風(fēng)干樣品0. 5000g,置于100ml三角瓶屮，加入濃 110330011,搖勻，蓋上小漏斗，置于電熱板上，在通風(fēng)櫥中加熱至微沸，則待

20、棕色氮氧 化物基本趕完后，取下冷卻，加入高氯酸5ml,蒸發(fā)至近干，殘渣為灰白色。取下冷卻, 加入1 %hn0325ml,溫?zé)崛芙鈿堅?，將全部溶液及殘查定容?0ml,過濾，取濾液5ml, 定容至50ml,搖勻測試。2.4.4污泥總固體含量的測定將100ml混合均勻的城市污泥置于洗凈稱重的鉗鍋中，稱重，在105°c條件卜烘干24hr,再稱重，將干污泥重量除去污泥體積即得出污泥總固體ts,詳見水和廢水監(jiān)測分 析方法（第四版）15o2.4.5 ph值和orp的測定每處理污泥樣的ph值和orp值均采用phs-3c儀測，直接讀取數(shù)據(jù)。3結(jié)果與分析3.1超聲時間對污泥ph和orp的影響在加酸和未

21、加酸的條件卜，超聲時間長短對污泥基木理化性質(zhì)的影響見表8和表9。表8不同超聲時間下污泥ph和orp的變化處理號超聲時間（min）phorp (mv)a006. 666. 632728a116. 646. 652727a226. 646. 642728a356. 646. 632828a4106. 636. 632928a5206. 626.613130從表8可以看出，超聲時間越長，污泥的pii越小，既越趨向與酸性；同時，污泥的 氧化述原電位（orp）冇輕微的上升，這與相關(guān)研究報道曲的結(jié)論相似。表9表示在加 入2. 25ml的濃硝酸后，污泥的ph和orp都發(fā)生了明顯的變化。當(dāng)將b組樣品進行不同

22、時間的超聲，pii發(fā)生變化，有相對上升的趨勢；但是orp基本不發(fā)生任何變化。這可能 是因為氧化還原是由eh是由氧化型h2還原型的自由能（或平衡常數(shù)），ph,氧化型與 還原型量的比ox / red等因了所決定。當(dāng)加入硝酸后，溶液的平衡常數(shù)，pii處于 相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而超蘆雖然作用污泥微生物及絮凝體，并釋放一些物質(zhì)，但是硝酸是強氧化性，使得氧化型與還原型量的比未發(fā)生太變化，所以氧化還原電位基本不變。表9超聲協(xié)同硝酸提取污泥重金屬處理污泥的ph和orp變化處理號超聲吋間(min)phorp (mv)b001. 581. 55331330b111. 551. 56328328b221. 551.51

23、328330b351. 511.51329329b4101.481.49331330b5201. 501.513313323.2標準曲線繪制圖3、4、5、6、7為此次實驗所繪標準曲線。(_/6uj) uolauu 0u0(i/6uj) uoeu 0u00abs圖4 zn標準曲線y二204. 17x-0. 0053(_io)lu) uo_c5c ouoo2r =0. 99820.00.000 .002.004.006.008.010 012abs圖5 pb標準曲線y=5. 0389x-0. 02941(o)lu) uo_lec ouoo(j/6uj) uo_c5c ouooo.552.00o.5

24、.o.5.oa2.1.1. 62r =0. 9989y=5001865x-002017r 2 =0. 9992sba 02圖7 cr標準曲線3.2超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬溶出性能的影響 3. 2. 1超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬cu去除效果從圖8中可知，隨著超聲時間的增加，不同處理樣品，未加硝酸和加硝酸的樣品中 cu的溶解量和去除率都有明顯的上升。但是增加的規(guī)律是不太相同的，在超聲時間0 到1分鐘左右，未加硝酸的樣品cu的溶解量比加硝酸的樣品多，而在1分鐘到5分鐘 左右，加硝酸的樣品屮cu的溶解量先是快速增加，然后趨于線性增加；而未加硝酸樣 品在整個試驗過程小，其溶解和去除率曲線都是平滑上升。而且

25、，可以明顯的看出，大 約以10分鐘為分界點，10分鐘后未加硝酸的樣品對cu的溶解與去除明顯優(yōu)于加硝酸樣 品。但是在marchiorcttow 等國外研究表明，在ph越低，eh越高時，硝酸對于cu 的提取能力越強，但試驗小卻出現(xiàn)不同的結(jié)果，既超聲波對硝酸的提取產(chǎn)生反作用，這 可能是因為超聲波的作用下，污泥里面的絮凝體被打碎，釋放出某種物質(zhì)，干擾了硝酸 對cu的溶解。其次，從總的去除率來看，未加硝酸的樣品在20分鐘吋為3. 79%,同吋, 加硝酸的樣品為2.32%,但對比veeken l18等的試驗結(jié)果，兩種不同處理方法對于銅離 子的去除率明顯偏低。除了上面論述過的干擾原因外，可能與此次試驗酸化的

26、時間偏短 有關(guān)。2109876541 1 1-o對照的溶解量加11®的溶解量對照的去除率加hno3的去除率( )5 0 52 21.1.0.50.0223*21002468101214161820超聲時間(min)圖8 cu在不同超聲時間下的溶解量和去除率3. 2. 2超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬zn去除效果如圖9所示，加硝酸樣品和未加硝酸樣品對于zn的溶解和去除率都隨著超生時間 的增加而上升。而h增長的規(guī)律非常的相似。在0到1分鐘左右，去除率和溶解量有輕 微下滑，但是到2分鐘后，曲線明顯上升。10分鐘后，未加硝酸的樣品的溶解量為 14. 56mg/kg,去除率為1. 1578%；而加硝

27、酸樣品溶解量為508. 99mg/kg,去除率為40. 47%. z后，兩者的增長都趨于平緩。但是，明顯可以看去，加硝酸樣品的去除率明顯高于未 加硝酸的樣品，這是因為污泥中重金屬的溶解主要是受pll值控制，被酸化污泥的ph值 只有低到一定程度，金屬才以離子態(tài)存在，金屬的淋出率才較高，即隨著被酸化污泥的 pll值的降低而增高"9】。對比veeken切等的實驗結(jié)果和其他化學(xué)提取方法的結(jié)果波， 在如此短的酸化時間內(nèi)，超聲波對于zn的去除效率明顯優(yōu)于無超聲波作用的試驗樣品。 既短吋間內(nèi)，在超聲波的協(xié)助下，zn的去除效果是相當(dāng)明顯的，在10分鐘吋已經(jīng)達到 40oo ooooooooo 0505

28、0505 4 3 3 2 2 1 1 s3*畫-一oy 對照的溶解量一一肖照的 加hg的溶解量加hno3的去除率20n1m( )褂舉r05050505050 6554433221150圖9 zn在不同超聲時間下的溶解量和去除率3. 2. 3超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬pb去除效果從圖10可以看去，pb在不同處理方式的樣品中，既加硝酸和未加硝酸的樣品中， pb的去除率和溶解量和zn相似，都是隨著超聲時間的增加而增加。但是兩者明顯效果 不同。對于加酸樣品，在0到1分鐘有輕微下降，而到1分鐘到2分鐘去除率和溶解量 增加明顯，溶解量從395. 28mg/kg上升到470. 37mg/kg,去除率相應(yīng)的從約

29、52%增加到 62%。之后増長的趨勢相對平緩，到20分鐘是去出率達到68%。相比之下，未加硝酸樣 品隨從開始的0.8%左右，一直緩緩上升，增長幅度極小，到20分鐘的去除率只達到約 1.6%。從以上分析可以看去，加硝酸的去除效果高于未加硝酸的處理效果，其原理與zn 的原因相似。而且，與zn相同，與相關(guān)的試驗結(jié)果相比較，在超聲波的作用下，在 短吋間的酸化作用下，對pb結(jié)果已經(jīng)達到了其他化學(xué)提取的方法的效果，其至優(yōu)丁一 些方法。ooooooooooooo 50505050505 5544332211vv -3-對照的溶解量 t- 黑驚玄 加hn0：j的溶解量 加血。3的去除率( ) 80050505

30、05050505050501998877665544332211502022圖10 pb在不同超聲時間下的溶解量和去除率3. 2. 4超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬cd去除效果從圖11可以看去，加酸樣品和未加酸樣品對cr的提取有明顯的區(qū)別。未加酸樣品 儀器基本不能監(jiān)測岀其溶解量。這和cd在污泥中的含量較少有很大的關(guān)系外，還和cd 只有在較高ph時離子形態(tài)較少，既低酸度下cd難以形成離子形態(tài)而不能被提取岀來。 再者就是，提取時間較短。所以在未加硝酸樣品提取效果極并。反觀加硝酸樣品的溶解 和去除曲線，可以看到，整個試驗屮，隨著超聲時間的增加，cd的去除率都有明顯的增 長，其中1到2分鐘是增長較快的時段。

31、到20分鐘時cd的溶解量達到了 0. 54mg/kg, 去除率為26. 98%o.60.55.50.45.w(蘭、管)si.40.35.30.25.20.05黑51籍量髀率o.oo 1 < j1e1111e-02468101214161820超聲吋間（min）-i 36-34-323028262422201816-141210-8-642-022圖11 cd在不同超聲時間下的溶解量和去除率3. 2. 5超聲協(xié)同硝酸對污泥重金屬cr去除效果從圖12可以看出，金屬cr的去除在此次試驗中的效果與cd有相似z處，未加硝 酸和加硝酸的樣品對cr的效果反差非常明顯。未加硝酸樣品不管超聲時間如何，其溶

32、 解量都細微到儀器難以測量，其原因與cd的未加酸吋提取效果差有相似點，既提取吋 間短；ph高金屬難以形成離了態(tài)。再看加硝酸樣品，cr的溶解性和去除率都效果明顯, 而且隨著超聲時間的不斷增加，兩條曲線都有明顯的上升。到20分鐘時溶解量為 26. 93mg/kg,去除率為 27. 24%。o0864208642086420 32222211111s3 v -o-對照的溶解量一一對照的去除率加hn0：,的溶解量 加h®的去除率_je1111e-8101214161820超聲時間(min)( )褂邃也36343230282624222018161412286420 22圖12 cr在不同超聲

33、時間下的溶解量和去除率3.3超聲協(xié)同硝酸提取污泥重金屬的優(yōu)化分析在加硝酸和未加硝酸不同的污泥處理方式屮，超聲波提取污泥屮重金屬的最佳效果見下而的表格：表io未加硝酸下超聲對污泥重金屬的最高溶解量和去除率重金屬最高溶解量(mg/kg)去除率(%) 去除時間(min)cuznpbcdcr10.8625.6312. 4803. 79202. 0420l. 6620020020表11加硝酸條件下超聲對污泥重金屬的最高溶解量和去除率金屬名稱最高溶解量(mg/kg)去除率(%)去除時間(min)cu6. 632. 3220zn511.6440. 6820pb511.5968. 1620cd0. 5426.

34、 9820cr26. 9327. 2420從表10和11可以看出，在不同的處理樣甜的條件下，大體上對與污泥屮金屬的去 除效果最好的時間都是試驗中的最高時間即20分鐘。因為污泥重金屬的去除效率取決 于酸離子的附合能力、溶液的ph值、污泥對金屈離子的束縛能力、金屈離子的選擇性、 和金屬的沉淀性及溫度。在超聲波的熱學(xué)、超聲波機械機制和空化作用作用下，時間 越氏，超聲波作用與污泥絮凝體的微生物細胞作用越完全，同時振動減弱了污泥對金屬 離子的束縛能力，加強了胞內(nèi)重金屈的釋放、擴散及溶解；而且，超聲時間越長，溶液 的溫度會上升，而溫度上升有利于重金屬的溶解。所以在試驗最高時間出現(xiàn)最高溶解和 去除率符合預(yù)期

35、。其次在加硝酸和未加硝酸的對比中，可以看到除了 cu離子在未加硝 酸吋提取比加硝酸的樣品表現(xiàn)出更高的去除率外，其他各種金屬的提取都是加硝酸的處 理方式優(yōu)于未加硝酸的處理方式，而且其中有的金屬短時間的去除率達到了較高的水 平。但是對與cu離子所出現(xiàn)現(xiàn)彖，本次試驗基于超聲時間和加酸和未加酸的研究難以 得出準確的原因。4.結(jié)論與討論4.1結(jié)論本文對城市污水處理廠的污泥的理化性質(zhì)和污泥中五種具冇代表性的重金屬的總量 進行了測定。在此基礎(chǔ)上對污泥進行加硝酸和未加硝酸的條件下，不同超聲時間作用下 污泥中五種總金屬的溶解量和去除率進行了試驗研究。通過試驗研究，可以得到以下主 要成杲和結(jié)論：1. 對廣州大坦沙

36、污水處理廠的剩余活性污泥中五種重金屬總量測定，測定結(jié)果表明在所 選取的五種金屬屮，cu、zn和pb的含量超出了農(nóng)用污泥屮污染物控制標準 (gb4284-84),而cr、cd的含量相對較低。2超聲在不同作用時間下對污泥重金屈均冇捉取效果，但隨時間的增加，各種重金屈的 溶出率明顯增加。在添加硝酸后，超聲的協(xié)同作用顯著地增加各種重金屈的溶出效果， 超聲協(xié)同硝酸作用能顯著地去除污泥重金屬。但在本研究中，由于硝酸量添加較少，污 泥屮殘存重金屬的cu、zn和pb的含量經(jīng)硝酸在超聲協(xié)同處理后仍未達到污泥農(nóng)用標準。4.2討論總體來看，去除污泥屮重金屬的處理技術(shù)并不是消滅重金屬，而是將其從污泥屮分 離出來。傳統(tǒng)

37、的加酸和絡(luò)合劑的化學(xué)提取方法有在適當(dāng)?shù)臈l件下有，對一些金屬有較 好的提取效果。而超聲波的作用機理與其對污泥理化性質(zhì)的改變使得其提取污泥重金屬 有明顯效果。但對于重金屬污泥的處理，僅采用單一的方法可能無法達到滿意的效果， 為滿足h益嚴格的環(huán)保要求，實現(xiàn)重金屬污泥農(nóng)用和重金屬回收，應(yīng)將幾種方法集成起 來，聯(lián)合處理重金屬污泥，揚長避短。從國內(nèi)外的研究可知，對于利用超聲波協(xié)同酸對 重金屬的提取的研究是一個比較新穎且有一定應(yīng)用前景的課題。本人認為進一步研究方 向應(yīng)該有以下兒方面：1. 進行更長時間的超聲，并使污泥酸化時間更加充分，以便更好的研究金屬溶解量和 去除率。2. 對超聲波協(xié)同酸提取污泥重金屬過程

38、機理進行更深入的探討研究。3. 可以把超聲過程結(jié)合到底泥/污泥的的處理工藝中，使其規(guī)?；瘧?yīng)用。隨著研究進一步深入，以后超聲波協(xié)同酸可以成為對污泥/底泥的處理處置的一個新的 選擇。參考文獻1徐強張春皺趙麗君.污泥處理處置技術(shù)及裝置，化學(xué)工業(yè)出版社，2003: 1-32. 劉靜，陳玉成1城市污泥屮重金屬的去除方法研究進展，微量元素與健康研究2006, 23(3):4曠513 余杰，iii寧寧，王凱軍.我國污泥處理、處置技術(shù)政策探討.中國給水排水.2005: 21(8): 84-87.4 王聯(lián)鵬 張淑娟廣州市城市污泥的處理和資源化利用.廣州水利水電.2006: 20(8):21-22.5 何爭光,季吉吉鋸鍍廢水的活性炭吸附機理探討鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997 , 18 (1) :6569.6 sah j g, chen j y. study of the electrokinetic processon cd and pb - spiked soils . j hazardous materials , 1998 , 58 : 301 一 315.7 yeunga , hhsu c , menon r m. physicochemical soil- contaminant interactions during electro