城市污水處理廠污泥重金屬的去除

城市污水處理廠污泥重金屬的去除引言隨著工業(yè)化和城市化進程的日益加快，重金屬污染已經(jīng)成為全球關(guān)心的焦點。水體中的重金屬逐漸富集于污泥中，成為水生環(huán)境中最嚴(yán)重的污染源之一。我國污水處理能力日益提高，作為污水處理過程的必然產(chǎn)物，污泥（含水率按80%計）產(chǎn)量正以每年15%的速度增長，到2020年全國污泥總量將達到6000t/a。我國51個城市98個污水處理廠的污泥進行分析，發(fā)現(xiàn)其Zn、Cu、Cr含量較高。由于污泥中的重金屬類污染物豐富，如何妥善處理污泥將成為我國面臨的重大環(huán)境問題。1城市污水處理廠污泥重金屬去除的必要性1.1生態(tài)價值——提升污水處理質(zhì)量工業(yè)化發(fā)展中，污水凈化處理對于生態(tài)環(huán)境優(yōu)化具有深刻影響。實踐過程中，大量污泥的利用處理是污水凈化的難點之一。具體而言，這些污泥中含有較多的重金屬有害物質(zhì)和病原菌，若不能對其進行規(guī)范處理，勢必造成嚴(yán)重的黑臭固化廢物堆積，對人們的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。而在去除技術(shù)應(yīng)用過程中，污泥會被逐漸消耗利用，其使得污泥的總體規(guī)模有所降低，既保證了污水處理質(zhì)量，又實現(xiàn)了城市環(huán)境的有效保護。1.2 經(jīng)濟價值——實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展污泥的去除技術(shù)應(yīng)用符合我國循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展要求。污泥處理實踐中，重金屬有害物質(zhì)雖然會對人們的生產(chǎn)生活造成一定威脅，但是其中的化學(xué)物質(zhì)多為工業(yè)生產(chǎn)原料，在循環(huán)經(jīng)濟理念下，通過置換還原處理，大量的金屬物質(zhì)可進行再次萃取，并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)實踐，其在推動循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的同時，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)成本的有效控制。此外，污泥中含有大量的有機物和氮磷鉀物質(zhì)，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可實現(xiàn)土質(zhì)環(huán)境的有效改善，從而確保經(jīng)濟效益的有效提升。1.3 社會效益——彰顯良好社會形象對于污水處理廠而言，污泥處理對其企業(yè)社會形象的彰顯具有重大影響?，F(xiàn)階段，我國注重經(jīng)濟發(fā)展的綠色可持續(xù)；其要求企業(yè)在生產(chǎn)實踐中注重社會責(zé)任承擔(dān)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的節(jié)能與環(huán)保。污水廠污泥的資源化處理，不僅實現(xiàn)了污水凈化過程環(huán)境效益的保證，更為工業(yè)生產(chǎn)提供了較多的基礎(chǔ)資源，實現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益的全面統(tǒng)籌。城市污泥重金屬特征2.1城市污泥重金屬特征根據(jù)從2010年-2015年關(guān)于城市污水廠污泥重金屬含量的文獻及資料調(diào)研發(fā)現(xiàn)，污泥中重金屬主要為銅、鋅、鎳、總鉻、鎘、鉛、汞和砷8種重金屬，這些重金屬含量都高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?，其中銅、鋅和鎘超背景值100～200倍，是污泥中主要的污染元素。2.2 城市污泥重金屬處理技術(shù)概況目前對于污泥中重金屬的控制技術(shù)主要包括物理法、生物法化學(xué)法、電動修復(fù)、固定化/穩(wěn)定化等方法，這些方法各有優(yōu)缺點。如，化學(xué)法由于要對污泥進行酸化，且處理過后的酸性溶液需要中和，增加了試劑和設(shè)備成本；電動修復(fù)電能消耗大，每次處理的污泥量有限，一般情況下會與其它的處理技術(shù)聯(lián)用，應(yīng)用受到限制；生物法處理時間長，工藝穩(wěn)定性差。重金屬穩(wěn)定劑主要有無機穩(wěn)定劑和有機穩(wěn)定劑兩種?，F(xiàn)無機穩(wěn)定劑的應(yīng)用較為常見，但其存在狀態(tài)不夠穩(wěn)定，在穩(wěn)定化開展過程中易受環(huán)境變化從而使重金屬重新進入地表水或地下水。污水處理廠的污泥去除技術(shù)應(yīng)用途徑3.1污泥堆肥污泥堆肥是當(dāng)前污水處理廠污泥去除技術(shù)應(yīng)用的重要方式。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，人們沒有對污泥中的重金屬物質(zhì)和病菌體進行清除，導(dǎo)致了污泥在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的惡臭化，加大了病菌和重金屬的污染程度。當(dāng)前環(huán)境下，人們在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，然后在重金屬物質(zhì)去除的同時，將污泥與煤粉等其他城市生活垃圾進行堆肥；其不僅實現(xiàn)了剩余重金屬物質(zhì)生物活性的降低，更有效抑制了病菌體擴散，在減少惡臭氣味的同時，實現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境的有效改善。3.2 能源與熱能利用加強污泥的處理及可回收資源利用，是節(jié)約資源、保護環(huán)境的有效途徑。現(xiàn)階段，在污泥回收中，其應(yīng)用的形式較為多元。比如工業(yè)生產(chǎn)人員可在污泥熱解制油技術(shù)的應(yīng)用下，對污泥進行高溫加熱，此時污泥會發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)油、碳及相關(guān)氣體的生成，實現(xiàn)工業(yè)廢物的二次利用。此外，其還可以在高溫、高壓環(huán)境下，實現(xiàn)污泥的直接優(yōu)化，并將其轉(zhuǎn)化為油狀物質(zhì)進行工業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)基礎(chǔ)生產(chǎn)資源的有效節(jié)約。3.3 動電技術(shù)動電技術(shù)是在固體/液相系統(tǒng)中插入電極，通過在污染介質(zhì)上施加直流電壓形成電場梯度，利用直流電場產(chǎn)生的各種電動力學(xué)效應(yīng)，驅(qū)使介質(zhì)中重金屬在電滲析、電遷移、自由擴散和電泳作用下發(fā)生遷移，并富集于陰極區(qū)，從而將重金屬去除。從20世紀(jì)80年代起動電技術(shù)開始應(yīng)用于土壤重金屬的去除，而對于城鎮(zhèn)污泥中重金屬的去除研究則正處于起步階段。3.4 生物瀝濾法指在有氧及含硫條件下，利用污泥中的氧化亞鐵硫桿菌與氧化硫硫桿菌等嗜酸性硫桿菌的直接作用或其代謝產(chǎn)物的間接作用，產(chǎn)生靜電吸附、共價吸附、絡(luò)合、螯合、離子交換和無機微沉淀等作用，使污泥pH降低，污泥中處于吸附、化合狀態(tài)的不溶性重金屬離子從固相中溶出，進入水相成為可溶性離子形式，最后將污泥脫水從而達到去除污泥中的重金屬的目的。對生物瀝濾和動電技術(shù)相結(jié)合去除污泥中的重金屬進行了研究，在生物淋濾過程中，有機硫化態(tài)的銅以及碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機硫化態(tài)的鋅都轉(zhuǎn)換成了可溶性的離子形態(tài)，在動電過程中，這些離子可以很容易遷移到電極區(qū)，并在那里聚集。最后，可以很方便地回收或處置這些重金屬。相對其他方法而言，生物瀝濾法去除污泥中的重金屬不但具有耗酸少、設(shè)備簡單、運行成本低、去除效果好、副產(chǎn)物無毒、適用范圍廣等優(yōu)點，而且同時還能有效地去除污泥中的病原菌。但是該方法也具有滯留時間較長的缺陷，是今后需要解決的主要問題之一，此外高濃度重金屬淋出液的處理問題也需要進一步的探索。3.5 植物提取法植物提取法是利用重金屬超富集植物的根系從污泥中超量吸收一種或幾種污染物，特別是有毒重金屬，并將其轉(zhuǎn)移到植物莖葉等可收割的部位，然后收割莖葉，再進行異地處理的一種方法。非穩(wěn)定態(tài)重金屬容易被植物吸收利用，如可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài);穩(wěn)定性較強的重金屬不易釋放到環(huán)境中，如硫化物和有機結(jié)合態(tài);而殘渣態(tài)對生物無效，為不可利用態(tài)。因此，對于殘渣態(tài)重金屬含量高的污泥，不適合采取植物提取法來去除重金屬。植物提取法只能作為污泥中重金屬去除的輔助方法。為了把植物提取法運用到實際工程中，還需要在多方面做更深入的研究，如尋找更多的對重金屬具有超富集作用的植物，并對已知的超富集植物進行改良;富含重金屬的植物收割后的后續(xù)處理問題;在有條件的地區(qū)創(chuàng)建示范研究基地，以便總結(jié)實際經(jīng)驗進行推廣等。結(jié)語總之，污泥中水分的脫除對重金屬的脫除有一定影響。污泥中的水分與重金屬離子的脫除均