热水解法处理污泥过程中重金属的迁移规律

热水解法处理污泥过程中重金属的迁移规律

摘要：采用热水解法处理城市脱水污泥，同时采用BCR连续提取法提取污泥中的重金属元素，研究了污泥水解前后Zn、Cu、Cd和Pb的形态分布。结果表明，水解前Pb在污泥中主要以残渣态形式存在，相对比较稳定；Cu和Cd主要以残渣态和可氧化态形式存在；而Zn主要以酸溶态和可还原态形式存在，具有较强的潜在迁移性。经热水解后，污泥中的重金属主要存在于固相中，且主要以残渣态形式存在，迁移性较水解前有明显的降低。

关键词：污泥；热水解；重金属；形态

Migration of Heavy Metals in Sludge Treatment by Thermal Hydrolysis Process

Abstract：The thermal hydrolysis process was used to treat municipal dewatered sludge，and BCR sequential extraction process was employed to extract heavy metals from the sludge．The fraction distribution of Zn．Cu．Cd and Pb before and after hydrolysis of sludge was investigated．The results show that before hydrolysis．Pb mainly exists in residual fraction，and it is relatively stable；Cu and Cd mainly exist in residual fraction and oxidizable fraction；Zn mainly exists in acid-soluble fraction and reducible fraction．and it has strong potential migration behaviour．After the thermal hydrolysis，the heavy metals in sludge mainly。exist in solid phase and in residual fraction，and their migration behaviour is lower than that before hydrolysis．

Key words：sludge；thermal hydrolysis；heavy metal；fraction

污泥是污水生物处理过程中产生的副产物，据估计，我国每年的城市污泥产量约为1500×104t，这些污泥中除含有70％～85％左右的水分、有机物和微生物外，往往还含有超量的铜、铬、镉、铅、砷、汞等重金属和多种有害化学物质，若处置不当会造成环境的二次污染[1]。在污水处理厂面临的大量污泥堆积的问题上，亟待解决的问题依次是污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化。目前国内外对污泥的处置方法主要有农用、填埋、焚烧和水体消纳，由于污泥中含有丰富的有机质和氮、磷等营养元素，污泥农用成为污泥资源化处置的有效途径之一，而富集在污泥中的重金属则对污泥农用存在潜在的危害[2]。

研究证明，重金属的生物有效性及潜在迁移性不仅与其总量有关，更大程度上取决于其形态的分布，故污泥中重金属形态分布的研究对污泥的开发利用具有重要的指导意义。为此，笔者研究了污泥在热水解过程中其有机质的变化，以及Zn、Cu、Cr和Pb在污泥和污泥水解物中的形态分布规律，目的在于探讨重金属的潜在迁移性和生物有效性，以及热水解对污泥中重金属的稳定作用，从而为污泥处置提供参考。

1试验材料与方法

1．1样品的采集及预处理

试验用污泥为洛阳市涧西污水处理厂的脱水污泥(S1)，脱水污泥经聚四氟乙烯高压消解罐在190℃下水解得到水解泥饼(S2)和水解液(S3)。S1和S2经鼓风烘箱烘干后研磨、过100目筛备用；S3直接密封保存备用。

主要试验仪器：AnKe TDL–40B型低速离心机，SHZ–B型水浴恒温振荡器。

1．2分析项目与测定方法

①污泥的理化指标：采用《土壤农业化学分析方法》中的方法进行测定[3]。

②污泥样品中重金属形态提取：采用欧共体标准测量与检测组织开发的BCR三态连续提取法研究污泥样品中重金属元素的形态分布。

酸溶态：准确称取0．5 g烘干后的脱水污泥和水解污泥样品，分别置于聚乙烯离心管中，加入30mL、0．11 mol／L的乙酸，在室温下振荡16 h，然后在4 000 r／min下离心20 min，取上清液经0．45µm微膜过滤后，储存于聚乙烯离心管中冷藏保存待测。

可还原态：取上一步的固相残渣，加入20 mL、0．1 mol／L的盐酸羟胺，在室温下振荡16 h，其余操作同上。

可氧化态：取上一步的固相残渣，缓慢加入5mL、30％的双氧水(经HNO3酸化，pH=2)，在室温下间隔振荡1 h，然后于85℃水浴中加热1 h，待溶液蒸至近干，加入25 mL、1 mol／L的NH4Ac，在室温下振荡16 h，其余操作同第一步。

残渣态：将上一步处理后的残渣风干，置于聚四氟乙烯烧杯中，加入5 mL浓硝酸、5 mL氢氟酸和2mL 浓高氯酸，在电热板上加热消化至白烟赶尽，冷却，将残留物用2％的HNO3溶解，定容至25 mL。消解液于4℃下保存备测。

③污泥样品中总金属的提取：分别取脱水污泥样品加入聚四氟乙烯烧杯中，加少量水润湿，再加5 mL 氢氟酸、6 mL盐酸和3 mL硝酸，加热消化，至残渣为白色时继续加热赶酸，酸快赶尽时加1 mL高氯酸继续加热，至小体积时加2 mL的盐酸(1+2)，继续加热至小体积，然后趁热加去离子水至残渣完全溶解，冷却稀释待测。消解完毕后，消解液澄清、呈微黄色。

金属含量均采用原子吸收分光光度法测定。

2结果与分析

2．1污泥及污泥水解物的理化指标

污泥作为污水处理的副产物，主要成分为多种微生物形成的菌胶团及吸附的有机物和无机物，经过热水解处理后，微生物絮体解体，微生物细胞破裂，细胞的有机质会被释放出来并进一步水解，这个过程可以通过污泥水解前、后的总固体(TS)含量和挥发性固体(VS)含量的变化反映出来。污泥样品的部分理化性质测定结果见表1。