电动技术去除城市污水污泥中的锌

电动技术去除城市污水污泥中的锌
沈晴;解庆林;张学洪
【摘要】对电动技术去除城市污水污泥中重金属Zn进行了正交试验研究.影响重金属去除率的主要因素是电压,其次为通电时间,而阴阳极液电解质添加量和阴极液pH值的影响较小.污泥中Zn的去除率与施加电压和通电时间有密切联系:电压越高,Zn的迁移速度越快,去除率越高;通电时间越长,去除率也越高.在30 V电压下通电144 h,Zn的去除率可达84.5%.
【期刊名称】《桂林理工大学学报》
【年(卷),期】2008(028)002
【总页数】3页(P230-232)
【关键词】电动技术;污水污泥;重金属Zn;正交试验;影响因素
【作者】沈晴;解庆林;张学洪
【作者单位】桂林医学院,广西,桂林,541004;桂林工学院,资源与环境工程系,广西,桂林,541004;桂林工学院,资源与环境工程系,广西,桂林,541004;贺州学院,广西,贺州,542800;桂林工学院,资源与环境工程系,广西,桂林,541004
【正文语种】中文
【中图分类】X703
去除城市污泥中重金属的方法较多，其中，电动修复技术是一种新型技术［1］。

它主要是利用外加直流电场作用于被处理对象，使其内部的重金属离子及其化合物等污染物，在电场的作用下通过电迁移、电渗流和电泳等方式定向迁移、富集到电
极两端后去除［2，3］。

目前，该技术主要集中在修复被重金属污染的土壤以及去除污水中重金属的研究，而用于去除污水污泥中重金属的研究鲜有报道。

由于镀锌管的大量使用，许多城市污水污泥中Zn元素含量较高，为此，笔者开展了利用电动技术去除污水污泥中锌的试验研究，探讨电动过程中影响锌去除率因素的显著性大小以及电压和通电时间对去除污泥中锌的影响。

1.1 试验装置
电动处理装置——电解槽为玻璃质，阴阳极室 (图1中6、7)容积均为920 cm3，污泥室容积为320 cm3(为便于观测，从阳极至阴极将污泥室分为5个区域)。

电极为石墨棒，尺寸为10 mm× 30 mm(d×L)。

污泥室和阴阳极室之间装有0.45 μm的微孔滤膜和塑料支架。

微孔滤膜用来防止污泥试样漏入阴阳极室中，而塑料支架则用于支撑微孔滤膜 (图1)。

1.2 试验材料
本试验所用污水污泥均取自桂林第四污水处理厂污泥处理车间的脱水污泥。

样品采回后，将其完全混合，同时去除杂物，然后将污泥分为两部分:一部分污泥保存在4℃的恒温状态下，以保持其原有状态及含水率，作为电动试验的材料;另一部分自然风干、研磨，过0.85 mm筛后，分析测定污泥样品的理化性质。

供试湿污泥的pH值为6.8;含水率为84.2%;有机质含量为40.6%;干污泥TN为51.51 g/kg;TP为30.98 g/kg;重金属Cu、Zn、Pb、Cd和Ni的初始含量 w0分别为 200.6，1 050.1，84.2，5.3和71.2 mg/kg。

1.3 试验方法
首先，将冷藏的污泥取出，放置至室温，用电动搅拌器搅拌30 min，称取240 g 装入电解槽的污泥室中，均匀压实，污泥体积为240 cm3。

然后，向试验装置的阴阳极室倒入蒸馏水和电解质(0.01 mol·L－1NaNO3)，使污泥室的液面高度为6 cm，当液面降低时继续往极室中加蒸馏水，直至整个污泥室中的污泥被水饱和。

最后，接好线路通电。

本试验设计了四因素三水平的L9(34)正交试验，因素水平表见表1。

试验过程中
每3 h用0.5 mol·L－1硝酸人工控制阴极pH值，为避免出现电阻极化，每8 h
清洗石墨电极和隔板上的沉淀。

试验结束后，将污泥室中的污泥均分为1#～5#区域 (图1)，分别取样，经自然风干、烘干(105±5℃)、研磨，过0.15 mm筛，用
于分析测定重金属含量 (全量)。

1.4 测定方法
电压采用MY62数字型万用表测定;pH采用便携式pH计法［4］;污泥预处理采用硝酸－盐酸－氢氟酸微波消解，用火焰原子吸收分光光度法测定锌含量 (GB 7475－87)。

测定过程中，用土壤标准样品 GBW 07475和水系沉积物标准样品
GBW07311进行质量监控。

2.1 锌去除率的影响因素
为找出显著性因子和最佳试验条件，对各因素做极差分析和方差分析，结果见表2、3。

由极差R值可知，影响Zn去除率的4个因素中，电压的影响最大，其次是通电时间，而阴极液的pH值和电解质的添加量影响则较小，为次要因素。

由k值可知，Zn的最佳去除试验条件是:A3B3C1D2，即电压30 V，通电时间144 h，控
制阴极液pH值为6，电解质添加量20 mL。

由方差分析 (表3)可知，Zn以极值R最小的电解质添加量 (D)作为误差，对其它
因素进行显著性检验 (F检验)，根据F值的大小可知，对Zn去除率的影响因素的
主次顺序为:电压(A)＞通电时间(B)＞阴极液pH值(C)＞电解质添加量(D)。

2.2 电压对去除污泥中锌的影响
图2中，w0为试验前污泥中Zn的初始含量，w为电动试验后污泥中Zn的含量，w/w0则表示Zn的残留率，该值越低说明Zn去除率越高，反之则越低。

若
w/w0＜100%，表明Zn从污泥中得以去除;若w/w0＞100%则表明Zn聚积在污
泥中。

在相同的通电时间内，电压为15 V的条件下，Zn残留率最高的区域为2#，达120.2%，说明Zn迁移聚积在该区域;4#的Zn残留率最低，为67.5%;而1#、3#
和5#的Zn含量与初始含量差别不大，三者残留率相近，分别为91.4%、100.1%和96.8%。

因此，在15 V条件下Zn未见明显迁移。

电压为22.5 V条件下，
1#～4#的Zn残留率依次升高，最高的4#达到119.6%，说明Zn在电场作用下
逐渐迁移至4#并聚积于该区域。

电压为30 V的条件下，1#～4#的Zn残留率明
显降低，均在35%以下，5#的Zn残留率为51.3%，说明Zn在电场作用下已逐
渐迁移至阴极室得以去除。

在相同的通电时间内，Zn的迁移速度随着电压的增大而加快，即施加电压越大，Zn的迁移速度越快。

通电96 h后，在15、22.5和30 V的条件下，Zn分别迁移至2#、4#和阴极室，30 V的Zn残留率最低，去除率最高。

2.3 通电时间对去除污泥中锌的影响
由图3可知，在相同的电压条件下，通电96 h后，1#～4#污泥中Zn的残留率依次升高，最高的4#达到119.6%，说明Zn2+在电场作用下逐渐迁移至4#并聚积
于此;通电120 h后，1#～3#污泥中Zn的残留率依次升高，4#与2#相近，在77%左右，而5#污泥中Zn的残留率最高，达131.2%，说明Zn在电场作用下逐渐迁移并聚积在5#;而通电144 h后，1#～5#污泥中Zn的残留率明显降低，均低于45%，说明55%以上的Zn已迁移至阴极室得以去除。

在相同的电压条件下，Zn的残留率随着通电时间的延长而减小，即通电时间越长，Zn的去除率越高 (图3)。

在电压22.5 V的条件下，通电96、120和144 h后，Zn分别迁移至4#、5#和阴极室，通电144 h后的Zn残留率最低，去除率最高。

(1)极差分析结果表明，在设计的四因素三水平中，Zn的最佳去除试验条件是电压30 V，通电时间144 h，控制阴极液pH值为6，电解质添加量20 mL。

(2)方差分析结果表明，Zn去除率的影响因素的主次顺序为:电压＞通电时间＞阴极液pH值＞电解质添加量。

(3)在本试验条件下，相同的通电时间内，施加电压越大，Zn的迁移速度越快，去除率也越高。

(4)在本试验条件下，若电压相同，则通电时间越长，Zn的迁移速度越快，去除率也越高。

在30 V电动处理144 h的条件下，Zn的去除率可达84.5%。

【相关文献】
［1］Zhong Mingli，JI Weiyu，Ivars Neretnieks．A new approach to electrokinetic remediation of soils polluted by heavy metals［J］．Journal of Contaminant Hydrology，1996，22:241－253．
［2］王敦球．城市污水污泥重金属去除与污泥农用资源化试验研究［D］．重庆:重庆大学，2004．［3］周东美，邓昌芬．重金属污染土壤的电动修复技术研究进展［J］．农业环境科学学报，2003，22(4):505－508．
［4］国家环境保护总局．水和废水监测分析方法(第四版)［M］．北京:中国环境科学出版社，2002．。