城市污泥堆肥过程中重金属形态的特征变化
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[ 7] 安淼, 周琪, 李永秋. 城市污泥中重金属的形态分布和处理方法的研究 [ J]. 农业环境科学学报, 2003, 22( 2): 199- 202.
[ 8] 吴军. 生活垃圾填埋场腐殖垃圾腐殖质表征及重金属生物有效性初步 研究 [D]. 上海: 同济大学, 2005: 186- 187.
[ 9] 吕彦, 马利民. 快速堆肥对污泥中重金属的影响 [ J]. 东华理工学院学 报, 2005( 3): 30- 33.
作者简介 逯延军 ( 1980 - ), 女, 河南 南召人, 博士, 讲 师, 从事 固废资 源化研究。
收稿日期 2010 03 08
向第 1步提取的残余物中加入 10 m l 1 m ol/L NaAc, 振荡 12 h; # 铁锰氧化物结合态: 向第 2 步浸提残余物中加入 20 m l 0 04 m ol/L NH2 OH H C l的 25% HA c溶液, ( 96 ∃ 3) % 条件 下水浴浸提 4 h; &有机态: 向第 3步浸提残余物中加入 3 m l 0 02 m ol/L HNO3 和 0. 5 m l 30% 的 H2O2, 将 pH 值调至 2, 85 % 水浴条件下保温 2 h, 再加入 3 m lH2O2, 用 HNO3 调 pH 值 至 2, ( 85 ∃ 2) % 条件下水浴 3 h, 间歇振荡, 取出放冷, 加 5 m l 3. 2 m ol/L NH 4Ac, 稀释至 20 m ,l 20 % 条件下振荡 30 m in; ∋ 残渣态: 重金属总量减去上述各态重金属含量。 1. 4 重金属含量测定 采用等离子发射光谱仪测定各态重 金属含量。 2 结果与分析 2. 1 堆肥对重金属含量的影响 堆肥前后污泥中重金属的 含量变化如图 1 所示。由图 1可知, 堆肥前的原污泥中 Zn 含量最高, 其次为 C r和 Cu, A s含量最低。经过高温好氧堆 肥后, 各重金属的含量均有一定增加, 但增加幅度不同, 其中 Zn和 Cr含量增加幅度最大。重金属含量增加的主要原因是 堆肥过程中有机物被降解, 污泥的总重量降低, 而重金属属 于较稳定的物质, 因此随着物料总重的减少重金属含量明显 增加。
[ 10] 冯伟, 周晓芬, 杨军芳, 等. 不同原料配比对鸡粪高温堆肥的影响 [ J]. 华北农学报, 2009, 24(S2): 273- 277.
[ 11] 袁顺全, 韩洁, 张俊峰, 等. 以堆肥工程为纽带的循环农业模式 [ J]. 畜 牧与饲料科学, 2009, 30( 5): 103- 104.
Leabharlann Baidu堆肥降低了污泥中重金属的活性和环境毒性, 使污泥中
图 3 堆肥后污泥中重金属的形态分布
F ig. 3 The form distribution of heavy meta ls in sludge after
com p osting
各重金属的形态发生了明显改变 (向比较稳定的残渣态转
变 ), 有利于污泥作为肥料的资源化利用。
摘要 采用分步提取法提取污泥样品中的重金属, 并采用等离子发射光谱仪测定各态重金属的含量。结果表明, 堆肥后多数重金属的 形态发生了明显变化, 其主要存在形态为比较稳定的残渣态。 关键词 城市污泥; 堆肥; 重金属形态 中图分类号 X 703 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2010) 20- 10841- 02
[ 10] SHAH ID M AHBOOB, GHAZALA, S. SULTANA, et a.l Determ ination of organoch lorin e and nitrogen containing p esticide residues in water, sed i m en ts and fish sam ples by reverse phase high performance liqu id chrom a
近年来, 随着我国城市污水净化程度的不断提高和城市 污水厂数量的不断增加, 城市污泥的量也越来越多。目前, 污泥的主要处理方式有 3种: 填埋、焚烧和堆肥。填埋对污 泥有机物的含量要求较严格, 而焚烧则会产生有害气体, 容 易造成二次污染。堆肥可使污泥卫生化、稳定化、减量化、资 源化。城市污泥中含有大量的有机物和氮、磷等植物所需的 营养元素, 堆肥后的污泥可作为肥料施于土壤中。污水处理 过程中重金属极易富集在污泥中, 这也是污泥资源化利用必 须考虑的主要问题之一 [ 1- 4] 。
笔者对城市污泥好氧堆肥前后各主要重金属的总量及 其形态变化进行了研究, 以期为污泥作为肥料的资源化利用 提供理论依据。 1 材料与方法 1. 1 仪器与试剂 高速粉碎机; 回转摇床; 离心机; 水浴锅; 电子天平; 微波消解系统; 等离子发射光谱仪。
超纯水, 硝酸、盐酸、氢氟酸和过氧化氢均为分析纯, 1 m ol/LM gC l2, 1 m ol/L NaAc, 0. 04 m ol/L NH2 OH HC l的 25% HAc溶液, 0. 02 m ol/L HNO3, 3. 2 m ol/L NH4A c, 20% HNO3, 30% H2O2。 1. 2 样品预处理 取好氧堆肥后的污泥堆肥样品自然风 干, 然后将其放在高速粉碎机中粉碎, 装袋, 干燥保存, 待测。 1. 3 重金属提取方法 采用微波消解法处理样品。采用 T essier分步提取法分析重金属形态, 主要提取过程参考文献 [ 8]。 ! 可交换态: 精确称取 1. 000 0 g试样放入离心管, 加 入 10 m l 1 m ol/L的 M gC l2 溶液, 振荡 2 h; ∀ 碳酸盐结合态:
10 84 2
安徽农业科学
碳酸盐结合态和有机态; Pb 的主要形态为铁锰氧化物结合 态, 其次为残渣态和可交换态, 其余为少量的碳酸盐结合态 和有机态; N i和 Cr的主要形态均为残渣态, 其余为铁锰氧化 物结合态和有机态; Cu 的主要形态为有机态, 其次为残渣 态。总体来看, 堆肥前污泥中各重金属的形态多样, 既存在 比较稳定的残渣态和有机态, 也存在不稳定的可交换态、碳 酸盐结合态和铁锰氧化物结合态, 各态重金属所占比例依重 金属的种类而有所不同。
[ 3] 冯春, 杨光, 杜俊, 等. 污水污泥堆肥重金属总量及形态变化 [ J]. 环境 科学研究, 2008, 21( 1): 97- 100.
[ 4] 杨毓峰, 薛澄泽, 袁红旭, 等. 城市污泥堆肥商品 化应用问题的探讨 [ J]. 农业环境与发展, 2000, 63( 1): 6- 8.
[ 5] 张增强, 唐新保. 污泥堆肥化处理对重金属形态的影响 [ J]. 农业环境 保护, 1996, 15( 4): 188- 190.
Study on Characteristic Changes of H eavy M etal Form s in S ludge Sew age in Com posting Process LU Y an jun et al ( Construction Eng ineer ing College of X i an T echno log icalU niversity, X i an, Shaanx i 710032) A bstract The heavy m etals in sewage sludge w ere extracted by step extraction m ethod, and the content of each form of heavy m eta lwas de term ined by plasm a em ission spectrom eter. The results showed that the heavy m etal form s changed obv iously in com posting, and the irm a in ex isting fo rm was fa irly stable residua l form. K ey w ords Sew age sludge; Com posting; H eavy m e ta l form s
图 1 堆肥前后污泥中重金属含量的变化 F ig. 1 The changes of heavy m etal content in sludge before and
after composting
2. 2 堆肥对重金属形态的影响 由图 2可知, A s的主要形 态为残渣态和碳酸盐结合态, 其余为少量的可交换态; Zn 的 主要形态为残渣态和铁锰氧化物结合态, 其余为可交换态、
[ 6] TESSIER A, CAM PBELL P G C, BISSON M. Squential extraction proce dure for th e speciation of particu late trace m etals [ J]. Analytical Chem is try, 1979, 51(7): 844- 850.
[ 12] 张云影, 牛铭晨, 王浩, 等. 畜禽粪便的高效堆肥 [ J]. 畜牧与饲料科学, 2009, 30( 9): 91- 92.
[ 13] 王俊宏, 张永平, 王梦亮, 等. 高效生物化工堆肥转化技术的应用研究 [ J]. 畜牧与饲料科学, 2009, 30(9): 93- 94.
(上接第 10840 页 )
参考文献
[ 1] 陈同斌, 郑国砥, 高定, 等. 城市污泥堆肥处理及其产业化发展中的几 个关键问题 [ J]. 中国给水排水, 2009, 25( 9): 104- 108.
[ 2] 孙振伟, 司佑杰. 高温堆肥法处理污泥的探讨 [ J]. 油气田环境保护, 2002, 12( 1): 36- 37.
2010年
图 2 堆肥前污泥中重金属的形态分布 Table 2 The form distribution o f heavy m etals in sludge before
com p ost ing
堆肥后污泥重金属形态分布如图 3所示。由图 3可知, 堆肥后 A s的主要形态为残渣态; Zn的主要形态仍为残渣态 和铁锰氧化物结合态; Pb的形态发生了明显改变, 主要形态 为残渣态, 而铁锰氧化物结合态和可交换态所占比例显著降 低; N i和 C r的残渣态略有增加, 而其他形态均略有降低, 但 总体变化不大, 主要形态仍为残渣态; Cu 的残渣态显著增 加, 而有机态明显下降。由于 Cu与有机物结合比较紧密, 因 此堆肥前 Cu的主要形态为有机态, 而堆肥过程中有机物的 分解使部分与有机物结合的 Cu被释放出来, 向更加稳定的 残渣态转化 [ 9] 。总体看来, 堆肥过程降低了重金属的活性和 环境毒性, 多数重金属的存在形态在堆肥后都发生了明显改 变, 并且向更稳定的残渣态转变, 即残渣态成为堆肥后重金 属的主要存在形态。 3 结论
安徽农业科学, Jou rn al ofAnhu iAgr.i Sc.i 2010, 38( 20): 10841- 10842
责任编辑 常俊香 责任校对 况玲玲
城市污泥堆肥过程中重金属形态的特征变化
逯延军 1, 张照印 2 ( 1. 西安工业大学建筑工程学院, 陕西西安 710032; 2. 中国兵器工业第 212研究所, 陕西西安 710065)
堆肥化前后污泥中重金属的形态发生较大变化, 而重金 属的形态与生物的有效性具有密切关系[ 5] 。在重金属存在 形态的研究中, Tessier分步提取法得到了广泛应用 [ 6]。该方 法将重金属在自然界的存在形态分为可交换态、碳酸盐结合 态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态。前 3 种形态 稳定性较差, 易被植物吸收利用; 而后 2种形态稳定性较强, 不易释放到环境中 [7] 。因此, 堆肥后污泥中重金属的存在形 态也是影响污泥资源化利用的关键问题之一。
[ 8] 吴军. 生活垃圾填埋场腐殖垃圾腐殖质表征及重金属生物有效性初步 研究 [D]. 上海: 同济大学, 2005: 186- 187.
[ 9] 吕彦, 马利民. 快速堆肥对污泥中重金属的影响 [ J]. 东华理工学院学 报, 2005( 3): 30- 33.
作者简介 逯延军 ( 1980 - ), 女, 河南 南召人, 博士, 讲 师, 从事 固废资 源化研究。
收稿日期 2010 03 08
向第 1步提取的残余物中加入 10 m l 1 m ol/L NaAc, 振荡 12 h; # 铁锰氧化物结合态: 向第 2 步浸提残余物中加入 20 m l 0 04 m ol/L NH2 OH H C l的 25% HA c溶液, ( 96 ∃ 3) % 条件 下水浴浸提 4 h; &有机态: 向第 3步浸提残余物中加入 3 m l 0 02 m ol/L HNO3 和 0. 5 m l 30% 的 H2O2, 将 pH 值调至 2, 85 % 水浴条件下保温 2 h, 再加入 3 m lH2O2, 用 HNO3 调 pH 值 至 2, ( 85 ∃ 2) % 条件下水浴 3 h, 间歇振荡, 取出放冷, 加 5 m l 3. 2 m ol/L NH 4Ac, 稀释至 20 m ,l 20 % 条件下振荡 30 m in; ∋ 残渣态: 重金属总量减去上述各态重金属含量。 1. 4 重金属含量测定 采用等离子发射光谱仪测定各态重 金属含量。 2 结果与分析 2. 1 堆肥对重金属含量的影响 堆肥前后污泥中重金属的 含量变化如图 1 所示。由图 1可知, 堆肥前的原污泥中 Zn 含量最高, 其次为 C r和 Cu, A s含量最低。经过高温好氧堆 肥后, 各重金属的含量均有一定增加, 但增加幅度不同, 其中 Zn和 Cr含量增加幅度最大。重金属含量增加的主要原因是 堆肥过程中有机物被降解, 污泥的总重量降低, 而重金属属 于较稳定的物质, 因此随着物料总重的减少重金属含量明显 增加。
[ 10] 冯伟, 周晓芬, 杨军芳, 等. 不同原料配比对鸡粪高温堆肥的影响 [ J]. 华北农学报, 2009, 24(S2): 273- 277.
[ 11] 袁顺全, 韩洁, 张俊峰, 等. 以堆肥工程为纽带的循环农业模式 [ J]. 畜 牧与饲料科学, 2009, 30( 5): 103- 104.
Leabharlann Baidu堆肥降低了污泥中重金属的活性和环境毒性, 使污泥中
图 3 堆肥后污泥中重金属的形态分布
F ig. 3 The form distribution of heavy meta ls in sludge after
com p osting
各重金属的形态发生了明显改变 (向比较稳定的残渣态转
变 ), 有利于污泥作为肥料的资源化利用。
摘要 采用分步提取法提取污泥样品中的重金属, 并采用等离子发射光谱仪测定各态重金属的含量。结果表明, 堆肥后多数重金属的 形态发生了明显变化, 其主要存在形态为比较稳定的残渣态。 关键词 城市污泥; 堆肥; 重金属形态 中图分类号 X 703 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2010) 20- 10841- 02
[ 10] SHAH ID M AHBOOB, GHAZALA, S. SULTANA, et a.l Determ ination of organoch lorin e and nitrogen containing p esticide residues in water, sed i m en ts and fish sam ples by reverse phase high performance liqu id chrom a
近年来, 随着我国城市污水净化程度的不断提高和城市 污水厂数量的不断增加, 城市污泥的量也越来越多。目前, 污泥的主要处理方式有 3种: 填埋、焚烧和堆肥。填埋对污 泥有机物的含量要求较严格, 而焚烧则会产生有害气体, 容 易造成二次污染。堆肥可使污泥卫生化、稳定化、减量化、资 源化。城市污泥中含有大量的有机物和氮、磷等植物所需的 营养元素, 堆肥后的污泥可作为肥料施于土壤中。污水处理 过程中重金属极易富集在污泥中, 这也是污泥资源化利用必 须考虑的主要问题之一 [ 1- 4] 。
笔者对城市污泥好氧堆肥前后各主要重金属的总量及 其形态变化进行了研究, 以期为污泥作为肥料的资源化利用 提供理论依据。 1 材料与方法 1. 1 仪器与试剂 高速粉碎机; 回转摇床; 离心机; 水浴锅; 电子天平; 微波消解系统; 等离子发射光谱仪。
超纯水, 硝酸、盐酸、氢氟酸和过氧化氢均为分析纯, 1 m ol/LM gC l2, 1 m ol/L NaAc, 0. 04 m ol/L NH2 OH HC l的 25% HAc溶液, 0. 02 m ol/L HNO3, 3. 2 m ol/L NH4A c, 20% HNO3, 30% H2O2。 1. 2 样品预处理 取好氧堆肥后的污泥堆肥样品自然风 干, 然后将其放在高速粉碎机中粉碎, 装袋, 干燥保存, 待测。 1. 3 重金属提取方法 采用微波消解法处理样品。采用 T essier分步提取法分析重金属形态, 主要提取过程参考文献 [ 8]。 ! 可交换态: 精确称取 1. 000 0 g试样放入离心管, 加 入 10 m l 1 m ol/L的 M gC l2 溶液, 振荡 2 h; ∀ 碳酸盐结合态:
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安徽农业科学
碳酸盐结合态和有机态; Pb 的主要形态为铁锰氧化物结合 态, 其次为残渣态和可交换态, 其余为少量的碳酸盐结合态 和有机态; N i和 Cr的主要形态均为残渣态, 其余为铁锰氧化 物结合态和有机态; Cu 的主要形态为有机态, 其次为残渣 态。总体来看, 堆肥前污泥中各重金属的形态多样, 既存在 比较稳定的残渣态和有机态, 也存在不稳定的可交换态、碳 酸盐结合态和铁锰氧化物结合态, 各态重金属所占比例依重 金属的种类而有所不同。
[ 3] 冯春, 杨光, 杜俊, 等. 污水污泥堆肥重金属总量及形态变化 [ J]. 环境 科学研究, 2008, 21( 1): 97- 100.
[ 4] 杨毓峰, 薛澄泽, 袁红旭, 等. 城市污泥堆肥商品 化应用问题的探讨 [ J]. 农业环境与发展, 2000, 63( 1): 6- 8.
[ 5] 张增强, 唐新保. 污泥堆肥化处理对重金属形态的影响 [ J]. 农业环境 保护, 1996, 15( 4): 188- 190.
Study on Characteristic Changes of H eavy M etal Form s in S ludge Sew age in Com posting Process LU Y an jun et al ( Construction Eng ineer ing College of X i an T echno log icalU niversity, X i an, Shaanx i 710032) A bstract The heavy m etals in sewage sludge w ere extracted by step extraction m ethod, and the content of each form of heavy m eta lwas de term ined by plasm a em ission spectrom eter. The results showed that the heavy m etal form s changed obv iously in com posting, and the irm a in ex isting fo rm was fa irly stable residua l form. K ey w ords Sew age sludge; Com posting; H eavy m e ta l form s
图 1 堆肥前后污泥中重金属含量的变化 F ig. 1 The changes of heavy m etal content in sludge before and
after composting
2. 2 堆肥对重金属形态的影响 由图 2可知, A s的主要形 态为残渣态和碳酸盐结合态, 其余为少量的可交换态; Zn 的 主要形态为残渣态和铁锰氧化物结合态, 其余为可交换态、
[ 6] TESSIER A, CAM PBELL P G C, BISSON M. Squential extraction proce dure for th e speciation of particu late trace m etals [ J]. Analytical Chem is try, 1979, 51(7): 844- 850.
[ 12] 张云影, 牛铭晨, 王浩, 等. 畜禽粪便的高效堆肥 [ J]. 畜牧与饲料科学, 2009, 30( 9): 91- 92.
[ 13] 王俊宏, 张永平, 王梦亮, 等. 高效生物化工堆肥转化技术的应用研究 [ J]. 畜牧与饲料科学, 2009, 30(9): 93- 94.
(上接第 10840 页 )
参考文献
[ 1] 陈同斌, 郑国砥, 高定, 等. 城市污泥堆肥处理及其产业化发展中的几 个关键问题 [ J]. 中国给水排水, 2009, 25( 9): 104- 108.
[ 2] 孙振伟, 司佑杰. 高温堆肥法处理污泥的探讨 [ J]. 油气田环境保护, 2002, 12( 1): 36- 37.
2010年
图 2 堆肥前污泥中重金属的形态分布 Table 2 The form distribution o f heavy m etals in sludge before
com p ost ing
堆肥后污泥重金属形态分布如图 3所示。由图 3可知, 堆肥后 A s的主要形态为残渣态; Zn的主要形态仍为残渣态 和铁锰氧化物结合态; Pb的形态发生了明显改变, 主要形态 为残渣态, 而铁锰氧化物结合态和可交换态所占比例显著降 低; N i和 C r的残渣态略有增加, 而其他形态均略有降低, 但 总体变化不大, 主要形态仍为残渣态; Cu 的残渣态显著增 加, 而有机态明显下降。由于 Cu与有机物结合比较紧密, 因 此堆肥前 Cu的主要形态为有机态, 而堆肥过程中有机物的 分解使部分与有机物结合的 Cu被释放出来, 向更加稳定的 残渣态转化 [ 9] 。总体看来, 堆肥过程降低了重金属的活性和 环境毒性, 多数重金属的存在形态在堆肥后都发生了明显改 变, 并且向更稳定的残渣态转变, 即残渣态成为堆肥后重金 属的主要存在形态。 3 结论
安徽农业科学, Jou rn al ofAnhu iAgr.i Sc.i 2010, 38( 20): 10841- 10842
责任编辑 常俊香 责任校对 况玲玲
城市污泥堆肥过程中重金属形态的特征变化
逯延军 1, 张照印 2 ( 1. 西安工业大学建筑工程学院, 陕西西安 710032; 2. 中国兵器工业第 212研究所, 陕西西安 710065)
堆肥化前后污泥中重金属的形态发生较大变化, 而重金 属的形态与生物的有效性具有密切关系[ 5] 。在重金属存在 形态的研究中, Tessier分步提取法得到了广泛应用 [ 6]。该方 法将重金属在自然界的存在形态分为可交换态、碳酸盐结合 态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态。前 3 种形态 稳定性较差, 易被植物吸收利用; 而后 2种形态稳定性较强, 不易释放到环境中 [7] 。因此, 堆肥后污泥中重金属的存在形 态也是影响污泥资源化利用的关键问题之一。