城市污泥中重金属去除方法探析

况群 朱玉斌

（韶关市环境技术中心 广东韶关 512026）

1 概述

“十一五”期间，随着我国污水处理产业的快速发展，污水处理能力和处理率得到了较大幅度的增长，随之而来的是污泥的产量迅速增加。截止2010年底，我国城市污水处理量达10262万m3，城市污水处理率为76.9%，分别比上一年增长了13.4%和1.6%，全年脱水污泥的产量为2200万t。据有关调研显示，我国的污水处理厂所产生的污泥中有80%没有得到妥善处理。

污泥是污水处理过程中产生的物质，其含水率一般为80%，而且污泥中还含有大量有机物、有害成分，如果简单的倾倒、填埋很容易产生环境污染。据统计，2009年全国有300多座污水处理厂污泥去向不明，约80%污泥采用简易填埋的办法处理，二次污染严重。在资金缺乏、运行机制不完善的现状下，探讨污泥重金属去除技术具有积极意义。

2 污泥中重金属去除方法

针对我国大多数城市污水处理厂产生的污泥，若采用农用污泥质量标准（GB4284-1984）加以衡量，此部分污泥中将有一种或一种以上重金属含量超标[1]。这些重金属如果处理不当极易对地下水、土壤等造成二次污染，因此，去除或降低污泥中的超标重金属元素就成为有效处置和利用污泥的重点。

2.1 生物淋滤法

生物淋滤或生物沥滤（bioleaching）技术是利用自然界中某些微生物的代谢产物的间接作用或直接作用产生氧化、还原、络合等作用，将固相中的重金属、硫及其他金属的不溶性成分分离浸提出去的一种技术。这种技术设备简便，操作简单，投资少。其前期主要应用于工业废弃物如粉煤中重金属脱毒与钛、铝、钴等重金属回收以及煤、石油中硫的脱除等等，还没有大规模的应用到城市污泥中重金属处理阶段。

生物淋滤法去除城市污泥中重金属的作用机理主要是：通过对污泥中铁和硫的氧化作用，使污泥的氧化还原电位升高，降低pH值，从而达到重金属溶解目的，再通过固液分离达到去除污泥中重金属目的。通过微生物方法能有效去除污泥重金属，除了Cr、Pb等少数重金属的去除率低于50%以外，其他如Cu、Zn、Cd、Ni等重金属的去除率一般都在70%-90%，在一定条件下甚至高达90%以上[2]。但由于生物淋滤技术受到菌种稳定性及所吸附重金属浓度范围较小影响，从目前研究成果来看，这种技术研究主要集中在污泥浓度和种类、温度与起始PH值、基质种类与用量、氧化还原电位等影响因素与重金属去除效率间的关系[3]，还有许多技术问题需进一步探讨。

2.2 化学方法

化学法去除污泥中的重金属，其效率普遍较高。早在1982年Wozniak 等就曾用 V（HC1）：V（H2SO4）=1:1 的溶液对污泥进行处理。其基本原理是通过提高污泥的氧化还原电位（Eh）和降低其酸度（pH值）来将污泥中的重金属由不可溶态的化合物向可溶态的离子转化，溶解后再进行淋滤去除。氯化作用、离子交换作用、酸化作用、螯合剂和表面活性剂的络合作用，均可使难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子或金属络合物。

化学方法去除城市污泥中的重金属关键是要选择好化学试剂，目前用来去除污泥中重金属的化学试剂一般是无机强酸和一些有螯合作用的有机酸或螯合剂如：HCL、H2SO4、EDTA和柠檬酸等等，也有用表面活性剂与EDTA联合去除污泥中的重金属[4]。此外，化学法中选择不同的操作方式对污泥中的重金属去除效果也有不同效果，把浓硫酸加到干污泥中再加水进行稀释可以使污泥pH值下降的更低[5]，这种方式比把酸稀释后再加到干污泥中的效果好。此外，振荡比淋滤去除污泥中的重金属效果好[6]。

2.3 植物修复法

植物修复法去除城市污泥中的重金属主要作用机理就是利用耐重金属植物对土壤中的重金属进行提取、固定、蒸发，从而达到治理重金属污染的目的，主要包括植物提取、植物挥发、植物稳定三个方面。以植物提取为例，该法是利用专性植物的根系超量吸收一种或几种污染物，特别是有毒重金属，并将其转移到植物茎叶，然后收割茎叶，异地处理的一种方法[7]。

植物修复法研究开发时间较短，目前已经发现有700多种超积累重金属植物（hyperaccumulator），这些植物可在高浓度重金属条件下正常发育，并在体内累积大量重金属，最高可达植物干重的1%以上。但由于超积累重金属植物不可能会积累全部重金属，此外，由于植物生长缓慢，只能限于一些小规模的种植等等因素的制约，下一步应注重对重金属超常环境中的植物、土壤、微生物、重金属之间关系研究；寻找更多的野生超积累植物，进行超积累植物资源调查、建立更多的应用植物修复处理技术的示范基地；培养吸收量高、生长速度快的植物，加强基因及转基因技术研究，加强和相关专业技术合作，培养吸收量高、生长速度快的植物[8]，此外也要注重对植物体内重金属回收利用或者后续处理问题研究。

2.4 固化-稳定化法

污泥重金属的固化-稳定化是指利用物理化学方法将污泥和稳定化惰性材料掺合在一起，依靠惰性材料的吸附、固化等作用使重金属转变成低溶解性及低迁移性的稳定状态而不易被浸出，以此达到消除重金属污染的目的[9]。根据固化基材及固化过程，目前常用的固化技术有水泥固化、石灰固化、塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、熔融固化（玻璃固化）和陶瓷固化。常用的固化药剂稳定化处理技术有pH值控制技术、氧化/还原电位控制技术、沉淀与共沉淀技术、吸附技术等等。

实践证明固化-稳定化技术对于城市污泥中重金属固定具有较好的有效性，但是固化体中重金属的长期稳定性和填埋场占用大量土地等不足使得这项技术在城市污泥重金属处理中渐渐失去其优势。

2.5 电动力修复法

电动力修复法是近年来在国外迅速发展起来的一种污泥重金属去除法，其主要原理就是在固体-液相系统中插入电极，通过施加微弱直流电形成电场，利用直流电场产生的各种电动力学效应，使污染物发生迁移并富集于阴极地区，从而将污染物去除[10]。

目前，电动力修复法工艺主要有Lasagna、Electro-KleanTM电离技术、电化学自然氧化、阳离子选择性膜法、CEHIXM、电化学离子交换技术以及电吸附技术等等。研究表明，污泥经酸化后通过电动力修复法去除重金属效果更佳，该技术具有使用化学试剂少、能耗低、修复效果好、可以回收重金属等特点，被认为是具有较好应用前景的“绿色修复技术”，但电动力修复法对那些去除渗透性高、传导性差的污泥、土壤中的重金属效果差。

3 研究与应用展望

随着我国污泥产量的日益增长，污泥的处置逐渐受到学者和社会各界的关注，化害为利将污泥回收再利用是符合我国可持续发展战略举措，但污泥回用必须要解决好污泥中的重金属污染问题。生物淋滤法、植物修复法和电动力修复是目前研究的重点，植物修复法研究重点主要为有效富集重金属植物的发现以及吸附重金属后植物的去向等；电动力修复在近年来研究领域也取得了诸多成果，这一“绿色修复技术”也是以后理论和实务界探讨的重点技术之一。

[1]Couillard D,Zhu SC.Bacterial leaching of heavy metals from sewage sludge for agricultural application.Water,Air and Soil Pollution,1992,63:67-80

[2]莫测辉.蔡全英，吴启堂.微生物方法降低城市污泥的重金属含量研究进展【J】应用与环境生物学报，2001,7（5）：511-515

[3]池星云.城市污泥中重金属的去除方法研究进展【J】环境科技，2009（6）：82-83

[4]陈玉成，郭颖，魏沙平.螯合剂与表面活性剂复合去除城市污泥中 Cd、Cr.[J]中国环境科学，2003,24（1）：100-104

[5]Jenkins RL,Scheybeler BJ,Smith ML.Metals removal and recovery from municipal sludge.J WPCF,1981,53(1):25-32

[6]赵一德，张鹏，吴志超.生物浸沥去除污泥中的重金属.【J】环境工程，2002,20（1）：47-51

[7]沈德中.污染环境的生物修复【M】.第二版，北京：化学工业出版社，2002:312-313

[8]韩汝佳.沙明卓.污泥重金属去除技术研究现状【J】辽宁化工.2009,38（12）：907-908

[9]王白雪.污泥中重金属处理方法研究进展【A】.中国化学会第八届水处理化学大会暨学术研讨会论文集【C】.2006：513-515

[10]林小英.李玉林.动电技术去除城市污泥中重金属的可行性探讨【J】环境技术,200624(2):18-20