污泥重金属的处理方法简介

污泥重金属的处理方法

前言

在20世纪初，由于全球人口密度还不高，现代化大工业也未普遍出现，因而那时的污水浓度很低、数量也较少。当这些污水排放到自然环境中，自然生态系统能够正常地发挥它们的调节功能，靠自然界微生物的分解就可以达到自动处理。但在人口密度提高，工业发达后，污水浓度和排放量不断增加。巨大数量的含重金属废水排放到江河湖海中，靠自然界微生物的分解自动处理已经不可能了。这就必须进行人工处理。当前我国虽然有些地方对废水进行了一定程度的处理，但也只是其中的一部分，绝大部分废水未经处理或初步处理就直接排放，污水中的各种指标还远远高于国家规定的排放标准。所以目前我国的各大流域和各大湖泊、海洋水域都存在不同程度的污染，特别是辽河流域、淮河流域、滇池、太湖、巢湖、渤海、胶东湾等地区的水污染尤为严重。由此可见对废水进行一定程度的处理是十分有必要的。传统上处理重金属废水的方法主要是物理化学法，如吸附法、离子交换法、化学沉淀法、膜分离法、氧化还原法等，但这些方法都具有二次污染严重，处理成本高等问题。近年来人们开始为重金属废水的处理寻找新的方法。过去人们普遍认为活性污泥法不宜用来处理重金属废水，因为重金属废水中有机物质较少，而且重金属对污泥中的微生物有很强的毒害作用。但近年的研究结果表明，通过改造现行的活性污泥法可以处理重金属废水。向生活污水注入空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水。这样，在持续一段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐色的絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮凝体就是称为“活性污泥”的生物污泥。活性污泥法处理重金属废水主要是利用活性污泥中的细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂形成的具有很强吸附分解能力的污泥颗粒来完成的。活性污泥法是以活性污泥为主体的污水处理技术。

目前最普遍使用的是活性污泥法，主要是用于去除溶解性和胶体有机物。效率较好的是生物膜法，在特殊行业废水的处理中应用最为常见。活性污泥(Activated sludge)可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，不论是哪一种，活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮状微生物共生体。这样的共生体有很强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以达到处理和净化污水的目的。

活性污泥法是指利用人工驯化培养的菌胶团——带粘性的，薄膜状的微生物团块，在人工强化的环境中呈悬浮状态生长，分解氧化污水中可降解的有机物质，从而使污水得到净化的方法。是采用人工曝气的手段，使栖息有大量微生物群的絮状泥粒均匀分散并悬浮在反应器中，与废水充分接触，在有溶解氧的条件下，徽生物利用废水中所含的有机物，进行同化合成和异化分解的代谢活动。

活性污泥法的主要问题是产生大量剩余的污泥，需要用其它办法处理。

污泥中含有丰富的有机营养成分氮、磷、钾等元素，有机物的浓度一般为60％～70％，其含量高于农家肥，是肥田、改良土壤、园林绿化建设的好材料。但是.污泥中也含有大量的病原菌、寄生虫卵，以及铜、铝、锌、铬、砷、汞等重金属和多氯联苯、二晤英、放射性元素等难降解的有毒有害物质，如果利用不当，极易造成二次污染。当前，处理污泥中的重金属方法主要有生物处理方法和非生物处理方法。前者成本较低，效果明显，但所用时间长，占地面积大，操作烦琐。而对于后者的研究目前已经引起了广泛的关注，国内外学者作了大量的研究工作。

1 污泥中的重金属赋存形态

重金属的生物毒性不仅与其总量有关，而且在更大程度上由其分布形态所决定。关于重金属元素在污泥中的赋存形态研究，早在上个世纪70年代就已倍受科学家的关注。研究表明，不同原料、pH值、堆肥工艺过程及堆制时间等，对重金属形态分布的影响不同；采用不同的提取方法所得的重金属形态分布也不同。以七态分级法、五态分级法和三态分级法应用较多。Tessier等的五步提取法应用最为广泛。他们将固体颗粒物中的重金属分为五种形态：可交换的离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和残渣态。前三种形态稳定性差，易释放而影响环境，后两种形态则稳定性强。由于不同提取方法所得结果难以比较，欧共体标准测试分析委员会提出了一种三步提取法，简称BCR法，该方法非常适合于ICP分析。目前，对重金属元素形态的分析重点，是确定重金属元素的活性形态及其影响。

2 污泥中的重金属元素处理方法

2．1 电化学方法

电化学方法可以有效地清除污泥中的重金属。基本做法是将电极插入土壤，加上直流电，以地下水或外加电解质作电解液。主要反应是阳极放氧和阴极放氢，重金属离子通过电迁移、对流和扩散的形式在土壤中运动，最后在阴极沉积而除去。目前，在重金属污泥处理中，应用较多的电化学方法主要是电修复技术。

电修复技术的基本原理是，利用外加电场所导致的动电效应，驱动土壤及地下水中污染物沿电场方向作定向迁移。它可以打破所有的土壤一重金属键，使可迁移的重金属元素从阳极向阴极迁移，并在阴极室富集。富集的污染物可在电极区得到集中处理或分离。

电化学方法由于其对现场环境影响小、处理周期短、效果明显等优点，可适合于不能改变现场环境的区域，如受污染区域有建筑物，对于质地均匀的粉土、粘土处理效果更为显著。但该方法还需不断完善，特别是在电极的结构材料、电极的选择性、电极的活化等方面有待进一步提高，而且能源消耗量大，电极材料消耗过多，当反应物浓度不高时，处理时间延长，电流效率降低。因此，在使用该方法时，应多注意与其他传统的化学、物理方法相结合，以对金属的处理和回收率达到最佳。

2 .2 微波法

微波技术是一种崭新的、极有潜质的样品消解技术。其工作原理与传统的加热方法不同，它不是利用热传导使试样从外部受热分解，而是用频率高达300 MHz～300 GHz的微波辐射，使样品内外同时加热，在不改变化学反应机理的基础上，达到高效快速消解的目的。使用此方法对重金属污泥进行加热，使重金属在污泥颗粒内解析而达到修复的目的。该技术常用于消解一些易挥发性的重金属，如汞或硒等，可以使它们保留在溶液中，防止挥发造成结果的偏差和对环境的污染。

微波消解法具有消解快速、精度高、试剂消耗量少、节约能源、无尾气泄露、降低分析人员的劳动强度等优点。不足之处是依然置于电热板上加热赶酸，但加酸量少，且不加高氯酸，赶酸时间也明显缩短，基本干扰减少，可提高工作效率。

2．3 酸化法

酸化法是采用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸和有机酸等化学试剂来溶出重金属的一种方法。黄铁矿和硫粉与两种底物配合可加速污泥中的重金属Zn、cu浸出，其去除率分别可达89．2％、56．5％，但该法操作烦琐，不利于批次运行。