剩余污泥重金属污染去除研究进展

陈超 袁建伟 张晓 任冰洁 刘建强（淤泥资源化利用河南省工程技术研究中心河南新乡453000山水环境科技股份有限公司，河南新乡453000）

剩余污泥重金属污染去除研究进展

陈超1*袁建伟2张晓1任冰洁1刘建强1
（1淤泥资源化利用河南省工程技术研究中心河南新乡4530002山水环境科技股份有限公司，河南新乡453000）

当前我国水环境条件逐步改善，污水处理厂数量不断增多，规模不断扩大，而随之产生的剩余污泥体量也逐年增加，剩余污泥重金属直接制约其合理使用效率。通过研究分析重金属产生原因，掌握不同地区污泥重金属含量分布，通过使用不同方法和不同手段对污泥中的重金属进行去除，使得找到对当地最有效最便利的去除重金属的方法，使剩余污泥得到最终资源化利用。

剩余污泥；重金属；种类；方法

1 引言

近年来随着我国城镇化和工业化步伐的不断加快，工业污水以及生活废水的排放量随之急剧放大，其随之所产生的副产物污泥的排放量也不断增加。据统计，2011年我国污水处理厂约3100座，而截至2015年，我国已经共完成了3700座城镇污水处理厂的建造工作，由此每年产生了巨大的污泥排放量，如今每年的排放量超过3000万吨，而且继续以每年10%~15%的速度增长[1]。我们知道，污水处理必然产物剩余污泥，其产生量正不断增长，水体中有机物被污泥吞噬吸附，近一半的有机污染物被转移分解至污泥中，同时重金属也经过混凝沉淀和吸附被残留在污泥中，导致重金属类污染物种类及其含量也与日俱增，污泥处置将成为我国面临的突出的环境治理问题[2]。

2 剩余污泥重金属污染现状

近年来我国深入研究剩余污泥处理办法，具体包括焚化、堆肥、卫生填埋等处置方式，基于我国土地资源利用现状，堆肥在我国应用比较广泛。污泥中含有大量的有机物，在细菌的作用下，这些有机物经过堆肥腐熟后可以成为农业肥料，但是由于污泥中的重金属含量超标，因此无法大规模应用于土地中[3]。杨军等针对全国主要城市约100间污水厂研究了污泥样品中的重金属含量，发现常见超标重金属是Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等[4]。

2.1 剩余污泥重金属主要来源

剩余污泥重金属含量主要由于工业排放，地表径流等产生，同时进场污水重金属含量以及处理工艺等多重因素的影响，据报道，通过处理污水，大约80%的重金属通过吸附或混凝沉淀转移到剩余污泥中。

2.2 剩余污泥重金属含量及形态

我国剩余污泥重金属含量变化幅度很大,由于我国城市给排水管道使用镀锌材料,因此Zn含量较高，其次是Cu，而Cr、Hg、Cd、As等毒性较强，所以含量通常较低。陈同斌[5]等人测试发现，Cu、Cr、Pb、Ni、Hg、Cd的含量分别在417、250、13、750、5、2.8mg/kg以内。总体来看，比起英美等发达国家，我国污泥中的重金属含量普遍较低,而且呈现出逐渐降低的趋势。

重金属以不同形态存在于污泥中，直接影响重金属的毒性及转移方式。重金属存在形态受多种因素的影响，包括污水的成分、污水采取的不同处理工艺措施以及重金属元素本身的特性等。

3 剩余污泥重金属去除技术

剩余污泥重金属如果不有效去除，投放到环境中易对生态环境的平衡与稳定产生较大危害，同时产生二次污染。而这些不利因素也制约着污泥的进一步资源化利用。因此各种污泥重金属去除技术被广泛研究，当前阶段污泥重金属去除主要有以下两种途径，一是改变污泥中的重金属形态，减少可交换态金属的比例，从而达到使重金属钝化固定的效果。二是直接从剩余污泥中移除重金属，以便减少污泥中重金属的总含量，可采用物理、化学、生物方法去除重金属。

3.1 物理方法

电动修复法的原理主要是通过对电极施加电流形成直流电场，通过在污泥内部形成电迁移、电泳等方式来调节阴极区的pH值，促使污染物迁移至阴极，达到提高污泥中重金属离子去除率的目的。

我国刚刚开展对于此技术的研究，研究表明将污泥进行酸化处理后再进行电动修复，此时Zn、Cu、Cd的去除率均实现了显著的提高。此方法使用化学试剂少，能耗低。

目前采用电动技术去除剩余污泥中重金属尚处于试验状态，存在的主要问题包括极化、重金属迁移、阴极区高浓度重金属的后续处理等[6]。

3.2 化学方法

从剩余污泥中去除重金属的化学方法主要是向污泥中投放化学药品或者试剂(酸、无机盐、螯合剂、化学合成表面活性剂等)，通过酸化污泥或提高污泥的氧化还原电位(Eh)降低其pH值，使污泥中的重金属由固相变为液相，从而去除固相重金属。

目前应用较多的化学试剂为无机酸、有机酸、螯合剂和生物表面活性剂等，但无机酸和人工合成螯合剂普遍存在难降解、容易引起二次污染等问题。生物表面活性剂和有机酸具有易生物降解，对环境影响较小，不会产生二次污染等优点，成为一类环境友好型淋洗剂，被广泛地应用于重金属修复领域。

3.3 生物方法

生物淋滤是向污泥中添加一定的特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌，通过微生物生化反应，获得能量，加速氧化还原反应，降低污泥体系的PH值，使难溶重金属从固相变为液相，再进行污泥脱水，从而去除污泥中的重金属。

实践表明，采用生物淋滤法去除污泥中的重金属时，去除率通常较高，在最佳实验条件下，对Cu、Zn、Cd、Ni等大部分重金属元素的去除率可超过90%[7]。

植物修复技术主要采用生态修复手段，针对不同特性重金属，筛选出吸收能力强的特定植物，对污泥中重金属进行吸收吸附，然后回收富集重金属的植物，并合理有效地进行处理，就可以达到去除污泥中重金属的目的。

4 展望

随着人们生活质量的不断提高，环保意识的逐渐增强，城市水污染治理开始受到全社会人们的高度重视，而附带产生的剩余污泥有效合理的利用处置被越来越重视。如何去除污泥重金属成为污泥资源化利用的关键。目前相关的治理技术或多或少存在缺陷，治理成本高，周期长成为主要原因，在现有技术基础上，可以根据不同地区不同重金属含量以及种类区分，采取物理-化学，化学-生物联合措施，将成为一个新的研究思路和方向。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部．关于全国城镇污水处理设施2011年第四季度建设和运行情况的通报［EB/OL］．

[2]翁焕新．污泥无害化减量化资源化处理新技术[M]．北京:科学出版社，2009.24-32．

[3]郑梦启.污水厂污泥重金属去除技术[J].安徽农业科学，2015，43(22)：206—208

[4]杨军，郭广慧，陈同斌，等．中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势[J]．中国给水排水，2009，13(7)：122—124．

[5]陈同斌,黄启飞,高??定,郑玉琪,吴吉夫等.中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势[J].环境科学学报, 2003,23(5):561-569.

[6]黄玉娥．污水污泥中重金属去除方法研究[D]．湖南大学，2007.

[7]刘静，陈玉成．城市污泥中重金属的去除方法研究进展[J]．微量元素与健康研究，2006，23(3)：48—51.