复合酸浸法去除城市污泥中重金属的研究

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随着我国社会经济和城市化的发展,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂污泥产量也急剧增加,因此带来了新的环境问题,即城市污水污泥如何安全处理和处置。一方面,城市污泥中含有大量的有机物、丰富的氮磷钾等植物营养成分,是很好的肥源和良好的土壤改良剂,其资源化利用已成为当今研究的热点;另一方面,污泥中还含有一些有毒物质,特别是重金属元素,是污泥安全资源化利用的关键限制性因素。因此,开展城市污泥中重金属污染物的去除,对解决困扰城市发展的一大难题以及实现国民经济的可持续发展等均具有十分重要的理论和现实意义,并拥有较广阔的前景。本文旨在利用绿色友好型方法去除城市污泥中重金属污染物。   在国内外前人研究的基础上,通过比较不同的重金属的去除方法,本研究选用了化学酸浸方法,其实验设备简单、操作容易、处理结果高效快速,且近年来很多学者采用了无二次污染的有机化学药剂,因此,化学方法对处理污泥中重金属有着很好的应用前景。   本文以武汉城市污水污泥为研究对象,以有效去除污泥中重金属为主要目标,选用可生物降解,对环境无二次污染的柠檬酸和天冬氨酸为酸浸剂对武汉二郎庙和沙湖污水处理厂污泥中重金属进行了相关的实验研究。   实验结果表明:.   武汉两城市污水污泥中氮、磷含量比较高,是很好的肥料和土壤改良剂;污泥中各重金属含量基本上没有超过国家农用标准值;采用经过修正的stover连续提取方法对污泥中各重金属不同形态进行了分析,两城市污水污泥中Cu、Cr、Hg主要以较稳定的金属硫化物和残渣态存在,Zn和Cd主要以有机结合态和碳酸盐结合态存在,而Pb的各形态分布较均匀。   柠檬酸浓度与污泥中重金属溶出量呈正相关,即浓度越高,重金属溶出量越多,1.0mol/L的柠檬酸溶液酸浸污泥12小时,两污水处理厂污泥中Zn和Cd的去除率达到了50%和90%左右;污泥在105℃以内的干化不会对重金属的溶出量有明显的影响;而酸浸时间对重金属的溶出在初期阶段呈正相关,Cr在酸浸12小时后,去除率有缓慢的下降趋势。柠檬酸对重金属Zn和Cd表现出较好的浸出效果。   天冬氨酸浓度与污泥中重金属的溶出量也呈正相关;而天冬氨酸体系pH值与重金属的溶出量呈负相关,pH值越低,重金属的去除率越高,天冬氨酸在自身体系pH值较高的条件下,只对重金属Cd的去除效果较好,降低天冬氨酸体系pH值,重金属浸出量增大;柠檬酸和天冬氨酸不仅能浸出如交换态、吸附态和碳酸盐态等易溶态的重金属,还能浸出部分有机结合态、硫化物结合态以及少量残渣态重金属;柠檬酸和天冬氨酸能有效的去除以不稳定态(可交换态、吸附态和碳酸盐结合态)存在的重金属,0.8mol/L柠檬酸对不稳定态Zn、Cu、Pb、Cd、Cr的去除率分别为80.0%、64.1%、61.9%、83.0%、58.3%,0.8mol/L,天冬氨酸对以不稳定态存在的Cd的去除率达到了100%。   柠檬酸和天冬氨酸的复合对二郎庙污水处理厂污泥中重金属的酸浸实验结果表明:考察的四种因素对污泥中重金属去除效果影响大小依次为pH值>柠檬酸与天冬氨酸添加相差时间>反应时间>柠檬酸与天冬氨酸的摩尔浓度比,且pH值对重金属的去除效果表现为显著影响;pH值1.5,添加相差时间9h,酸浸时间18h,摩尔浓度比0.2:0.4为最优组合,即最佳工艺条件,在此条件下,对重金属Zn、Cu、Pb、Cd、Cr和Hg的去除率分别为45.7%、18.3%、29.1%、99.0%、26.7%和24.4%;在相同酸浓度下,柠檬酸和天冬氨酸的复合对污泥中重金属的去除效果优于单独使用某一种有机酸。
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