厭氧消化后污泥中的重金屬形態(tài)分布

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簡介： 對(duì)污泥經(jīng)消化后8種重金屬的化學(xué)形態(tài)分析表明，汞、鎘、鉛、砷幾乎全部以穩(wěn)定形態(tài)存在，鋅、鎳、銅、鉻的穩(wěn)定形態(tài)含量亦不同程度地得到增加。
關(guān)鍵字：重金屬 厭氧消化 化學(xué)形態(tài)

　　污泥在農(nóng)業(yè)方面的利用日益為人們所關(guān)注，但我國城市污水廠的進(jìn)水中混有大量工業(yè)廢水，工業(yè)廢水中所含的重金屬在水處理過程中以不同形式由液相向固相轉(zhuǎn)移，最后濃縮到污泥中，因此這些重金屬污染物成為污泥農(nóng)用的最大制約因素。隨著環(huán)境科學(xué)研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到污泥中重金屬對(duì)環(huán)境的危害除了與其總量有關(guān)外，更大程度上取決于其形態(tài)的分布，故污泥中重金屬形態(tài)分布的研究對(duì)污泥的開發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義。

1　理論依據(jù)

　　目前，關(guān)于自然界固體物中重金屬的化學(xué)形態(tài)被人們廣泛接受的理論是Tessier提出的化學(xué)試劑分步提取法，它將固體顆粒物中重金屬的化學(xué)形態(tài)分為5種：
　?、倏山粨Q態(tài)
　　主要指吸附在顆粒物(主要成分是粘土顆粒及腐殖酸)上的重金屬，水相中重金屬離子的組成和濃度變化主要受這部分重金屬吸附和解吸過程的影響。
　?、谔妓猁}結(jié)合態(tài)
　　主要指與顆粒物中碳酸鹽結(jié)合在一起或本身就成為碳酸鹽沉淀的重金屬。這部分重金屬對(duì)pH值變化最為敏感，且在酸性條件下易溶解釋放。
　　③鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)
　　天然水中的鐵錳氧化物以鐵錳結(jié)核或凝結(jié)物形式存在于顆粒上，也有的呈膠膜狀覆蓋在顆粒上，其是微量重金屬極好的吸著劑。與鐵錳氧化物結(jié)合在一起的或本身就成為氫氧化物沉淀的這部分重金屬稱為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)。這一部分重金屬在氧化還原電位降低時(shí)容易釋放出來。
　?、芰蚧锛坝袡C(jī)結(jié)合態(tài)
　　指重金屬硫化物沉淀及與各種形態(tài)有機(jī)質(zhì)結(jié)合的重金屬，這部分重金屬被認(rèn)為較穩(wěn)定。
　?、輾?jiān)鼞B(tài)
　　指存在于石英、粘土礦物等晶格里的重金屬。其主要來源于天然礦物，通常不能被生物吸收，是生物無法利用的部分。
　　綜上所述，前三種形態(tài)穩(wěn)定性差，后兩種形態(tài)穩(wěn)定性強(qiáng)。也就是說，重金屬污染物的危害主要來自前三種不穩(wěn)定的重金屬形態(tài)。

2　分析方法

2.1　分離提取所用試劑及條件
　　①可交換態(tài)：MgCl₂(1.0mol/L)，pH=7.0，水浴溫度為(22±3)℃。
　?、谔妓猁}結(jié)合態(tài)：NaAc(1mol/L)，pH=5.0，室溫。
　?、坭F錳氧化物結(jié)合態(tài)：NH₂OH·HCl(0.04mol/L)，水浴溫度為96℃。
　?、芰蚧锛坝袡C(jī)結(jié)合態(tài)：HNO₃(0.02mol/L)+H₂O₂(H2O₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)，pH=2.0，水浴溫度為85℃，加熱4h。
　　⑤殘?jiān)鼞B(tài)：濃HNO₃，電熱板加熱至近干。
　?、拗亟饘倏偭浚簼釮NO₃，電熱板加熱至近干。
2.2　提取液中重金屬的測定
　　測定方法見表1。 表1　提取液中重金屬的測定方法重金屬鎘、鎳、鉛、鋅、銅總鉻砷、汞檢測方法CJ 26.15—91GB 7466—87原子熒光法

2.3　污泥樣品來源
　　污泥樣品取自青島市海泊河污水處理廠污泥處理車間。

3　結(jié)果與討論

3.1　測試結(jié)果
　　試驗(yàn)分別對(duì)生污泥、消化后污泥中的重金屬形態(tài)進(jìn)行了分析，測定結(jié)果見表2。

表2　8種重金屬在污泥消化前后的形態(tài)分布重金屬污泥種類總濃度(mg/kg)可交換態(tài)(%)碳酸鹽結(jié)合態(tài)(%)鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)(%)硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)(%)殘?jiān)鼞B(tài)(%)回收量(mg/kg)回收率(%)銅生污泥27607.31.370.321.126495.5消化污泥24101.3079.219.624099.4鋅生污泥284015.114.746.014.010.1278097.9消化污泥28003.212.349.325.010.2278999.6鎳生污泥13829.912.529.416.211.813698.6消化污泥14122.911.432.120.013.614099.3鉻生污泥49.218.013.15.1063.848.999.4消化污泥48.614.010.87.01.767.048.399.4鎘生污泥2.800001002.799.4消化污泥3.100001003.196.4鉛生污泥1340000100131100.0消化污泥144000010013897.8汞生污泥0.50100001000.47795.8消化污泥0.63900001000.58695.2砷生污泥4.2000001004.0891.7消化污泥4.1900001004.0797.0

3.2　討論
　　①在污泥所含的8種重金屬元素中，鋅不但含量高而且主要以不穩(wěn)定態(tài)(離子)形式存在(約占總含量的74%)；銅主要以穩(wěn)定的硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)存在(約占70%)，不穩(wěn)定態(tài)含量約占10%；鎳的5種化學(xué)形態(tài)含量分布較為均勻；鉻主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在(占60%以上)，不穩(wěn)定態(tài)的含量約占1/3，其硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)的含量極少；汞、鎘、鉛、砷這幾種毒性較強(qiáng)的元素幾乎全部以穩(wěn)定態(tài)形式存在。
　?、谙勰嘀辛蚧锛捌溆袡C(jī)結(jié)合態(tài)的含量高于生污泥，這說明污泥經(jīng)厭氧消化 后污泥中硫酸鹽等含硫化合物可被硫酸鹽還原菌轉(zhuǎn)化成硫離子，硫離子可促進(jìn)重金屬由不穩(wěn)定態(tài)向硫化物穩(wěn)定態(tài)的形式轉(zhuǎn)化，使污泥中重金屬的穩(wěn)定性提高。

4　結(jié)論

　?、倩钚晕勰嘀械闹亟饘僦饕钥山粨Q態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)5種形態(tài)存在。其中，前3種為不穩(wěn)定態(tài)，后2種為穩(wěn)定態(tài)。污泥中鋅和鎳主要以不穩(wěn)定態(tài)的形式存在，銅主要以硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，鉻主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在，汞、鎘、砷、鉛等毒性大的金屬元素幾乎全部以殘?jiān)鼞B(tài)存在。重金屬的這種分布特征對(duì)污泥農(nóng)用比較有利。
　?、诮?jīng)厭氧消化后污泥中銅、鋅、鎳、鉻等重金屬穩(wěn)定性提高，銅的穩(wěn)定態(tài)由90%升至98%，鋅的由24%升至35%，鎳的由27%升至32%，鉻的由64%升至69%，因此建議污泥農(nóng)用應(yīng)以消化后污泥為主。
　　③為進(jìn)一步提高污泥中重金屬的穩(wěn)定性，可向污泥中適量投加能產(chǎn)生S^2-的固體廢棄物，這樣既節(jié)省了資金投入、回收利用了廢棄物，又促進(jìn)了不穩(wěn)定態(tài)的重金屬在消化過程中向穩(wěn)定的硫化形態(tài)轉(zhuǎn)化，使消化污泥的農(nóng)用更加安全可靠。