不同酸剂对污泥中重金属去除效率分析

不同酸剂对污泥中重金属去除效率分析
以喀什污水处理厂污泥作为研究，分析污泥中重金属的含量并研究了不同的酸剂、酸和过氧化氢混合液对污泥中Pb和Cd的去除效果。

结果表明，随着酸浓度的增加和酸中H2O2浓度的增加，污泥中重金属的去除率也都相应增加，然而当酸中加入2%H2O2的体积达到一定时，随着H2O2的体积增加，对重金属的去除率基本保持不变。

随着酸浓度的变化，对Cd的去除效率变化不大，却对Pb的去除率变化较大，其中以硫酸调节pH为2和2mlH2O2（浓度为2%）混合最经济。

此时，硫酸和氧化剂混合处理喀什污水处理厂污泥的费用为5.9元/m3。

经处理后的污泥符合国家污泥农用标准。

标签：污泥；重金属；去除率；农用标准
Abstract：Researching the sludge in sewage disposal plant of kashgar analysis the content of heavy metal in sludge and research the effect of different acid agent，mix liquid of acid and hydrogen peroxide that wipes out Pb and Cd in sludge. Results indicate that the wiping-out-rate of heavy metal will increase with the increase of the concentration of acid and the concentration of H2O2 in acid. However when volume the H2O2 which concentration is 2% putting into acid come to a definite extent，the volume of the H2O2 increasing，the wiping-out-rate of heavy metal keeps the same in the main. With the change of acid concentration，the rate of wiping out Cd changes rarely，while to Pb，it changes dramatically.Wherein the pH was adjusted to 2 with sulfuric acid and 2ml of hydrogen peroxide （concentration of 2%）were mixed most economical. At that time ，it will coast 5.9元/m3.The sludge that been disposed could meet the standard of state agriculture.
Key words：sludge；heavy metal；wipe-out rate；agricultural standard
引言
隨着工业的快速发展和人口的快速增长，城市污水污泥的产生量也越来越多。

污泥中一些有毒有害的重金属元素对土地和动植物都造成了一定的影响，对生态环境具有一定的威胁。

污泥中含有大量的有机物和氮、磷、钾等植物所需的营养物质，因此，污泥的农用成为目前比较理想的一种污泥处置方法[1]。

但是污泥中也含有大量的重金属等污染物质，这些重金属由于具有毒性大、难降解、潜伏期长及容易富集等特点成为限制污泥农用的一个主要因素。

所以污泥农用前应该降低或去除污泥中重金属含量。

污泥中重金属的去除方法主要有微生物方法、化学方法、电化学方法、植物的修复作用、有机酸（腐殖酸等）原位固定法等[2]。

这些方法对污泥中重金属离子都具有一定的去除效果。

通过化学方法去除污泥中的重金属，主要是运用酸剂对污泥进行酸化，使污
泥中一部分重金属由结合态变成离子状态。

酸化的主要作用是降低污泥的pH值和增加氧化还原电位。

然后将固体和液体分离，最终达到降低污泥中重金属的含量。

处理后的污泥用途很多，可以用来作为城市园林绿化和林业地的肥料，也可以作用于草坪、高尔夫球场、高速公路等非食物链植物生长的土地。

将处理后的污泥作用于这些土地，不会对食物链造成污染和危害。

因此，这是一种非常具有发展前景的污泥处理方法。

通过用化学方法降低污泥中重金属的研究相对较多。

本文是通过用HCl、H2SO4、H3PO4、HNO3来进行去除污泥中重金属的试验。

1 实验材料与方法
1.1 样品的采集与处理
污泥样品来源于喀什市污水处理厂，样品风干研磨，过100 目尼龙筛，装塑料瓶中待用。

1.2 污泥中重金属含量测定方法
高氯酸浓硝酸加热消解，原子吸收分光光度法。

1.3 污泥中重金属形态分析方法
采用tessier[3]五步提取法对污泥进行形态分析。

1.4 不同酸剂对重金属去除方法
①通过用不同酸剂调节pH，研究酸剂对污泥中重金属的去除效果。

②通过用HCl、H3PO4、H2SO4、HNO3来调节污泥的pH，使pH值为2.5、
2.0、1.5、1.0。

研究pH对污泥中重金属的去除效果，来确定去除污泥中重金属的最佳pH值和最经济的酸。

③为提高去除效率，通过向酸剂中加入不同体积的氧化剂（2% H2O2），研究氧化剂和酸混合淋滤对重金属的去除效果，确定氧化剂投入的最佳体积。

1.5 试验仪器
实验过程中主要使用的仪器见表4-1
2 结果与分析
2.1 污泥中重金属Pb和Cd的总量分析重金属总量及形态分布结果见表2-1，喀什污水处理厂污泥中Cd的总量为5.48mg/kg，Pb的总量为88.84mg/kg。

污泥中Cd的含量已经超过了我国酸性土壤中污泥农用标准（pH < 6. 5 的土壤，Cd < 5 mg/kg），且毒性较强的铅的含量也不低，所以在农用前应该需要用一定的方法
去除污泥中的重金属，使其满足国家污泥农用标准。

污泥中重金属的含量与污水来源密切相关。

喀什污水处理厂污泥呈现出高Cd的特点，这与喀什周边的很多小型的塑料生产企业、金属加工企业和矿业产生的污水有关，这些企业规模小数量多，其污水基本都是排入下水道与喀什市生活污水混合一起汇入污水处理厂。

此外，城市面源污染中的重金属随地表径流流入地下管网而进入污水处理厂也是其因素之一。

2.2 不同浓度的酸剂对污泥中重金属Pb和Cd的去除率影響
2.2.1 盐酸调节pH的研究
用10%的盐酸调节污泥的pH，并对污泥进行淋滤，pH分别为1.0、1.5、2.0、2.5。

在淋滤的过程中，要不断搅拌或者震荡反应6h，然后再用离心机进行离心分离，再用王水+高氯酸的方法消煮样品底部的污泥，测定底部污泥样品中重金属的含量，来确定盐酸调节不同pH对污泥样品中重金属的去除率。

每个处理做3个重复。

实验结果如图2-1所示。

由图2-1可以看出，随着pH的降低，对污泥中重金属的去除率增加。

当pH=1时，Cd的去除率为90%，Pb的去除率为85%。

当pH=2时，Cd和Pb的去除率分别为83.5%和58%。

然而当pH小于2时，Pb的去除率低于50%，而Cd的去除率还在60%以上。

这样说明随着pH的升高，Pb的去除效果下降的比Cd要快。

用10%的盐酸淋滤污泥时，消耗酸的量和费用见表2-3。

由表2-2和图2-1可知，当pH=2时，盐酸淋滤污泥中重金属的效果较好，均达到了国家农用标准，而且费用较合适。

2.2.2硫酸调节pH的研究
用10%的硫酸调节污泥的pH，并对污泥进行淋滤，pH分别为1.0、1.5、2.0、2.5。

实验结果如图2-2所示。

由图2-2可以看出，当pH=1时，Cd的去除率为86.7%，Pb的去除率为81%。

当pH=2时，Cd和Pb的去除率分别为73.3%和61.5%。

然而当pH小于2时，Pb的去除率只有54%，而Cd的去除率还在70%以上。

这也说明，硫酸对Cd的去除效果比Pb强。

用10%的硫酸淋滤污泥时，消耗酸的量和费用见表2-3。

由表2-3可以看出，用10%的硫酸淋滤污泥中重金属和10%盐酸的价格差不多。

当用硫酸调节pH=2时，硫酸淋滤污泥中重金属的效果较好，均达到了国家农用标准，而且费用较合适。

2.2.3 硝酸调节pH的研究
用10%的硝酸调节污泥的pH，并对污泥进行淋滤，pH分别为1.0、1.5、2.0、2.5。

实验结果如图2-3所示。

由图2-3可以看出，当pH=1时，Cd的去除率为93.3%，Pb的去除率为85%。

当pH=2时，Cd和Pb的去除率分别为80%和70%。

然而当pH小于2时，Pb的去除率只有61.5%，而Cd的去除率还在80%以上。

这也说明，硝酸对Cd的去除效果比Pb强，而且去除的效果较好。

用10%的硝酸淋滤污泥时，消耗酸的量和费用见表2-4。

由表2-4可以看出，用10%的硝酸淋滤污泥中重金属比10%盐酸和硫酸的价格要贵很多。

当用硝酸调节pH=2时，硝酸淋滤污泥中重金属的效果较好，均达到了国家农用标准，然而费用较高。

所以用硝酸淋滤污泥中重金属的方法不可取，相对价格太高。

2.2.4 磷酸调节pH的研究
用10%的磷酸调节污泥的pH，并对污泥进行淋滤，pH分别为1.0、1.5、2.0、2.5。

实验结果如图2-4所示。

由图2-4可以看出，当pH=1时，Cd的去除率为93.3%，Pb的去除率为88.5%。

当pH=2时，Cd和Pb的去除率分别为83.3%和61.5%。

然而当pH小于2时，Pb的去除率只有38.5%，而Cd的去除率还在80%以上。

这也说明，磷酸对Cd 的去除效果比Pb强，而且去除的效果较好。

用10%的磷酸淋滤污泥时，消耗酸的量和费用见表2-5。

由表2-5可以看出，用10%的磷酸淋滤污泥中重金属比10%盐酸和硫酸的价格同样要贵很多。

当用磷酸调节pH=2时，磷酸淋滤污泥中重金属的效果较好，均达到了国家农用标准，然而费用较高。

所以用磷酸淋滤污泥中重金属的方法不可取，相对价格太高。

综上所述，通过四种不同的酸剂对污泥中重金属进行淋滤，处理后，污泥中重金属含量都能达到国家农用的要求。

由于随着pH的降低，虽然处理效果更佳，但是处理费用较高。

所以选择既能有效降低污泥中重金属的含量，又能使处理费用相对较低的酸剂和pH值。

不同的酸剂处理效果有一定的差异，而且处理时所需的费用也不相同。

因此，要根据具体情况，如根据污泥中重金属的含量和化学形态，以及污泥中超标或含量较高的重金属元素的去除效果，以此来选择适当的酸剂和pH值。

对污泥中重金属的处理效果和经济费用相对合适的是盐酸和硫酸，而pH=2时最佳。

当pH=2时，硫酸处理污泥的价格为4.1元/m3，盐酸处理污泥的价格为4.3元/m3。

所以选择硫酸比盐酸便宜一点。

2.2.5 硫酸+ 氧化剂混合处理污泥
用10%的硫酸调节污泥pH=2.0。

然后在不同烧杯中分别加入1ml、2ml、3ml、4mlH2O2（浓度2%）。

不断搅拌反应6h，然后再用离心机进行离心分离，再用王水+高氯酸的方法消煮样品底部的污泥，测定底部污泥样品中重金属的含量，来确定硫酸+H2O2混合淋滤对污泥样品中重金属的去除率。

每个处理做3个重复。

实验结果如图2-5所示。

由图2-5可以看出，未加入氧化剂时Cd和Pb的去除率分别是73.3%和61.5%。

随着加入氧化剂体积的增加，Cd和Pb的去除率也相应的增加。

当投加体积为2ml后，随着氧化剂体积的增加，Cd和Pb的去除率相对增加非常低。

当pH=2时，Cd和Pb的去除率分别是81.2%和73.0%。

硫酸+H2O2混合處理污泥中重金属的费用分析数据见表2-6。

由表2-6和图2-5可知，用10%的硫酸+H2O2混合处理污泥中重金属，可以提高重金属的去除率。

当投加2ml的H2O2时最佳，此时H2O2的费用为1.8元/m3。

而硫酸调节pH为2时，所需费用为4.1元/m3。

因此，采用硫酸和氧化剂混合处理喀什污水处理厂的费用为5.9元/m3。

3 结论
①喀什污水处理厂污泥中Cd的总量为5.48mg/kg，Pb的总量为88.84mg/kg。

污泥中Cd的含量已经超过了我国酸性土壤中污泥农用标准（pH < 6. 5 的土壤，Cd < 5 mg/kg），且毒性较强的铅的含量也不低，所以在农用前应该需要用一定的方法去除污泥中的重金属，使其满足国家污泥农用标准。

②不同的酸剂处理污泥效果有一定的差异，而且处理时所需的费用也不相同。

因此，要根据具体情况，如根据污泥中重金属的含量和化学形态，以及污泥中超标或含量较高的重金属元素的去除效果，以此来选择适当的酸剂和pH值。

③对4种酸的综合考虑，用硫酸调节pH=2时，去除污泥中重金属的效果与经济费用最佳。

④用10%的硫酸+H2O2混合处理污泥中重金属，当投加2ml的H2O2时最佳，此时，硫酸和氧化剂混合处理喀什污水处理厂的费用为5.9元/m3。

参考文献：
[1]陈苏，孙丽娜，孙铁珩等.城市污泥处理处置技术及资源化利用研究[J]. 生态科学，2006，25 （4）：375-378.
[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].重庆大学博士学位论文，2004：59-60.
[3]Tessier A，Campbell P G C，Bisson M. Sequential Extraction procedure for
the speciation of particulate trace metal[J].Analytica Chemistry，1979，51（7）：844-851.。