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摘要:对传统生物淋滤法进行改进，通过生物淋滤液循环使用方式去除污泥中重金属。考察了生物淋滤液在5次循环过程中Cu的总量及不同形态的去除情况。小试试验结果表明：生物淋濾液循环使用处理污泥中重金属是可行有效的，Cu在循环至第5次时去除率下降为为30.13%，处理后污泥满足国家排放标准要求：对于不同重金属生物淋滤液循环使用的最佳循环次数也不相同，重金属Cu的最佳循环次数为3次；生物淋滤液循环具有将不稳定形态重金属转化为较为稳定形态的能力。
关键词：污泥处理；生物淋滤法；淋滤液循环；重金属形态
Abstract：On the traditional biological leaching method was improved, through the way of removing heavy metal from sludge by biological leachate recycle. Examines the biological leachate during the 5 cycle ofCu amount and different forms of removal. Laboratory test results show: Biological treatment of leachate recycle of heavy metals in sludge is feasible and effective, Cu in circulation to fifth when the removal rate decreased to 30.13%, treated sludge meet the national discharge standard: For different heavy metal leachate recycling using the optimal cycle is not the same, heavy metalsCu best cycles respectively 3 times; Biological leachate circulation has ability that can transform unstable speciation of heavy metals into a more stable form.
Key word：Sludge treatment；Bio-leaching method；Filtrate leaching cycle；Speciation of heavy metals
中图分类号： [TU992.3] 文献标识码：A 文章编号：
生物淋滤法的基本原理为通过微生物自身的氧化，还原，络合等过程，将污泥中的某些不溶解成分从固相淋滤为液相，再对污泥进行脱水，从而达到去除污泥中重金属的目的。[1] 本研究通过对淋滤液的循环再利用，研究在不同循环次数条件下生物淋滤法对污泥中重金属的去除效果和处理过程中重金属形态变化情况。 探讨生物淋滤液循环利用的可行性，并确定生物淋滤液循环使用的最佳循环次数。达到降低生物淋滤液产量和提高生物淋滤液去除重金属能力的目的。
1、试验材料与方法
1.1污泥来源及基本性质
本试验用污泥取自沈阳市北部污水处理厂的浓缩污泥，污泥重金属含量见表1所示。
表1 污泥中重金属不同形态含量单位：mg/kg(干物质)
重金属 Cu Ni Pb Mn
酸溶态/交换态 0.00 9.01 0.06 0.00
还原态 22.83 11.81 89.81 184.3
金属硫化物 313.2 15.46 30.06 69.56
残渣态 3.76 0.00 0.00 0.00
总量 340 36.28 119.9 253.8
由表1可知试验用污泥中重金属Cun总量超出我国酸性土壤污泥农用标准(GB4284-1984)分别为250mg/l、500mg/l，其余各类重金属则满足国家规定的相关标准(GB4284-1984)，故本次试验中着重研究生物淋滤液循环使用对上述重金属的去除效果，由于重金属的稳定性强弱顺序大致为：酸溶态/交换态>可还原态>金属硫化物>残渣态[2~6] 本试验进行了生物淋滤液循环利用过程中上述3种金属酸溶态、可还原态、金属硫化物、残渣态四种形态的变化情况与总量分析的研究。
1.2试验材料与方法
本试验首先采用硝酸—氢氟酸—高氯酸联合使用方法消解污泥[7]。用WFX-320原子吸收分光光度计进行污泥总量测定。
图1.试验反应装置图
水箱；②阀门；③供氧泵；④气体流量计；⑤温控仪；⑥加热棒；⑦排泥口
生物淋滤法试验装置如图1所示，每个运行周期开始时将待处理污泥由水箱重力流送入反应器内进行生物淋滤处理。控制反应器内污泥平均浓度在15g/l、溶解氧量为2.0mg/L，温度为28℃。在运行过程中不断监测生物淋滤法对污泥中Cu重金属的去除效果及污泥中重金属形态的变化情况，当淋滤法对污泥中重金属的去除效果降低或逐渐稳定于同一水平时，则表示一个反应周期结束开始进行下一次生物淋滤液循环。在第2次循环过程开始前重新放入新的污泥样品，利用上一次循环使用的淋滤液对污泥进行处理，直至污泥中重金属的去除率稳定，此次循环过程结束。如此周而复始，直至淋滤法对污泥中重金属去除效果维持在较低水平，淋滤液不适宜继续使用为止。
2、结果与讨论
生物淋滤液循环使用去除重金属Cu的情况见图2、3，由于Cu残渣态的富集较具有代表性，单独设置图2表示残渣态Cu在循环过程中富集情况。
图2.生物淋滤液循环利用去除重金属Cu的情况
图3残渣态Cu在循环过程中富集情况
图2为试验过程中污泥中重金属Cu、可还原态Cu与金属硫化物态Cu的浓度变化情况。如图所示，在生物淋滤的过程中论是Cu总去除率还是可还原态Cu与金属硫化物态Cu的去除率均在循环过程中逐渐降低，表现出平缓的下降趋势，循环至第五次去除率分别为30.13%、11.90%、39.20% ，处理后污泥仍满足国家排放标准要求。这种平缓的下降趋势表明，与生物淋滤法处理Zn相比较可知生物淋滤法可持续去除污泥中的Cu，而不会出现在处理Zn中出现的在试验处理至某一阶段时，由于淋滤液中Zn浓度过高对微生物产生抑制作用而出现的去除率突然下降的情况，影响对其的处理效果。说明生物淋滤液中微生物可承受一定浓度Cu，在试验的过程中该类微生物始终保持有较高的生物活性。
图2为污泥中残渣态Cu含量在试验过程中变化情况，在生物淋滤的第1次循环过程中，残渣态Cu含量略有去除，从第2次循环开始，污泥开始大量富集残渣态Cu并在第3次循环过程中达到最大值41.79mg/l。这主要是由于在生物淋滤过程中，微生物生命活动不断利用化学形态较为活泼的重金属Cu，经生物代谢后将其转化为不利于被生物利用化学性质稳定的残渣态Cu。而比较其他重金属残渣态富集情况，残渣态Cu的大量富集表明，重金属Cu更适合生物淋滤液的淋滤循环。
在试验过程中污泥本身未检测出交换态Cu，而淋滤过程也未富集交换态Cu，故本文不再对试验过程中交换态Cu的去除进行赘述。
在淋滤液循环使用3次后，重金属Cu的去除率降低至较低水平，并且残渣态Cu的富集也呈现转折下降。故将重金属Cu的生物淋滤液循环最佳循环使用次数确定为3次。
3、结论
(1)生物淋滤液循环使用处理污泥中重金属是可行有效的，Cu在循环至第5次后去除率下降为30.13%，处理后污泥满足国家排放标准要求。
(2)试验结果表明，对于不同重金属生物物淋滤液循环使用的最佳循环次数也不相同，重金属Cu的最佳循环次数为3次。
(3)生物淋滤液循环具有将不稳定形态重金属转化为较为稳定形态的能力。以Cu为例，污泥大量富集残渣态Cu并在第3次循环过程中达到最大值41.79mg/l，远大于污泥自身含量3.76mg/l。
参考文献:
[1] NARESH KUMAR R NAGENDRAN R.Influence of initial pH on bioleaching of heavy metals from contaminated soil employing indigenous[J].Chemosphere,2007,66(9):1775-1781.
[2]华玉妹，陈英旭，吴伟祥，田光明.生物沥滤去除污泥重金属：污泥固体浓度和类型影响. 环境科学与技术，2006,(12).
[3]郝卓莉，刘亚敏.污泥中重金属的生物淋滤.石家庄职业技术学院学报，2009,(02).
[4]高雪梅，王增长，张弛.谈生物淋滤去除污泥中重金属的方法.山西能源与节能，2008,(04).
[5]邹塞.污泥（底泥）重金属生物淋滤效果研究:[学位论文].湖南：湖南大学2008.4~7.
[6]朱小娟.不同菌种对污泥生物淋滤过程中重金属去除效果的比较研究:[学位论文].山西太原：太原理工大学.2010.
[7]黄玉娥.污水污泥中重金属去除方法研究:[学位论文].湖南：湖南大学, 2007.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：污泥处理；生物淋滤法；淋滤液循环；重金属形态
Abstract：On the traditional biological leaching method was improved, through the way of removing heavy metal from sludge by biological leachate recycle. Examines the biological leachate during the 5 cycle ofCu amount and different forms of removal. Laboratory test results show: Biological treatment of leachate recycle of heavy metals in sludge is feasible and effective, Cu in circulation to fifth when the removal rate decreased to 30.13%, treated sludge meet the national discharge standard: For different heavy metal leachate recycling using the optimal cycle is not the same, heavy metalsCu best cycles respectively 3 times; Biological leachate circulation has ability that can transform unstable speciation of heavy metals into a more stable form.
Key word：Sludge treatment；Bio-leaching method；Filtrate leaching cycle；Speciation of heavy metals
中图分类号： [TU992.3] 文献标识码：A 文章编号：
生物淋滤法的基本原理为通过微生物自身的氧化，还原，络合等过程，将污泥中的某些不溶解成分从固相淋滤为液相，再对污泥进行脱水，从而达到去除污泥中重金属的目的。[1] 本研究通过对淋滤液的循环再利用，研究在不同循环次数条件下生物淋滤法对污泥中重金属的去除效果和处理过程中重金属形态变化情况。 探讨生物淋滤液循环利用的可行性，并确定生物淋滤液循环使用的最佳循环次数。达到降低生物淋滤液产量和提高生物淋滤液去除重金属能力的目的。
1、试验材料与方法
1.1污泥来源及基本性质
本试验用污泥取自沈阳市北部污水处理厂的浓缩污泥，污泥重金属含量见表1所示。
表1 污泥中重金属不同形态含量单位：mg/kg(干物质)
重金属 Cu Ni Pb Mn
酸溶态/交换态 0.00 9.01 0.06 0.00
还原态 22.83 11.81 89.81 184.3
金属硫化物 313.2 15.46 30.06 69.56
残渣态 3.76 0.00 0.00 0.00
总量 340 36.28 119.9 253.8
由表1可知试验用污泥中重金属Cun总量超出我国酸性土壤污泥农用标准(GB4284-1984)分别为250mg/l、500mg/l，其余各类重金属则满足国家规定的相关标准(GB4284-1984)，故本次试验中着重研究生物淋滤液循环使用对上述重金属的去除效果，由于重金属的稳定性强弱顺序大致为：酸溶态/交换态>可还原态>金属硫化物>残渣态[2~6] 本试验进行了生物淋滤液循环利用过程中上述3种金属酸溶态、可还原态、金属硫化物、残渣态四种形态的变化情况与总量分析的研究。
1.2试验材料与方法
本试验首先采用硝酸—氢氟酸—高氯酸联合使用方法消解污泥[7]。用WFX-320原子吸收分光光度计进行污泥总量测定。
图1.试验反应装置图
水箱；②阀门；③供氧泵；④气体流量计；⑤温控仪；⑥加热棒；⑦排泥口
生物淋滤法试验装置如图1所示，每个运行周期开始时将待处理污泥由水箱重力流送入反应器内进行生物淋滤处理。控制反应器内污泥平均浓度在15g/l、溶解氧量为2.0mg/L，温度为28℃。在运行过程中不断监测生物淋滤法对污泥中Cu重金属的去除效果及污泥中重金属形态的变化情况，当淋滤法对污泥中重金属的去除效果降低或逐渐稳定于同一水平时，则表示一个反应周期结束开始进行下一次生物淋滤液循环。在第2次循环过程开始前重新放入新的污泥样品，利用上一次循环使用的淋滤液对污泥进行处理，直至污泥中重金属的去除率稳定，此次循环过程结束。如此周而复始，直至淋滤法对污泥中重金属去除效果维持在较低水平，淋滤液不适宜继续使用为止。
2、结果与讨论
生物淋滤液循环使用去除重金属Cu的情况见图2、3，由于Cu残渣态的富集较具有代表性，单独设置图2表示残渣态Cu在循环过程中富集情况。
图2.生物淋滤液循环利用去除重金属Cu的情况
图3残渣态Cu在循环过程中富集情况
图2为试验过程中污泥中重金属Cu、可还原态Cu与金属硫化物态Cu的浓度变化情况。如图所示，在生物淋滤的过程中论是Cu总去除率还是可还原态Cu与金属硫化物态Cu的去除率均在循环过程中逐渐降低，表现出平缓的下降趋势，循环至第五次去除率分别为30.13%、11.90%、39.20% ，处理后污泥仍满足国家排放标准要求。这种平缓的下降趋势表明，与生物淋滤法处理Zn相比较可知生物淋滤法可持续去除污泥中的Cu，而不会出现在处理Zn中出现的在试验处理至某一阶段时，由于淋滤液中Zn浓度过高对微生物产生抑制作用而出现的去除率突然下降的情况，影响对其的处理效果。说明生物淋滤液中微生物可承受一定浓度Cu，在试验的过程中该类微生物始终保持有较高的生物活性。
图2为污泥中残渣态Cu含量在试验过程中变化情况，在生物淋滤的第1次循环过程中，残渣态Cu含量略有去除，从第2次循环开始，污泥开始大量富集残渣态Cu并在第3次循环过程中达到最大值41.79mg/l。这主要是由于在生物淋滤过程中，微生物生命活动不断利用化学形态较为活泼的重金属Cu，经生物代谢后将其转化为不利于被生物利用化学性质稳定的残渣态Cu。而比较其他重金属残渣态富集情况，残渣态Cu的大量富集表明，重金属Cu更适合生物淋滤液的淋滤循环。
在试验过程中污泥本身未检测出交换态Cu，而淋滤过程也未富集交换态Cu，故本文不再对试验过程中交换态Cu的去除进行赘述。
在淋滤液循环使用3次后，重金属Cu的去除率降低至较低水平，并且残渣态Cu的富集也呈现转折下降。故将重金属Cu的生物淋滤液循环最佳循环使用次数确定为3次。
3、结论
(1)生物淋滤液循环使用处理污泥中重金属是可行有效的，Cu在循环至第5次后去除率下降为30.13%，处理后污泥满足国家排放标准要求。
(2)试验结果表明，对于不同重金属生物物淋滤液循环使用的最佳循环次数也不相同，重金属Cu的最佳循环次数为3次。
(3)生物淋滤液循环具有将不稳定形态重金属转化为较为稳定形态的能力。以Cu为例，污泥大量富集残渣态Cu并在第3次循环过程中达到最大值41.79mg/l，远大于污泥自身含量3.76mg/l。
参考文献:
[1] NARESH KUMAR R NAGENDRAN R.Influence of initial pH on bioleaching of heavy metals from contaminated soil employing indigenous[J].Chemosphere,2007,66(9):1775-1781.
[2]华玉妹，陈英旭，吴伟祥，田光明.生物沥滤去除污泥重金属：污泥固体浓度和类型影响. 环境科学与技术，2006,(12).
[3]郝卓莉，刘亚敏.污泥中重金属的生物淋滤.石家庄职业技术学院学报，2009,(02).
[4]高雪梅，王增长，张弛.谈生物淋滤去除污泥中重金属的方法.山西能源与节能，2008,(04).
[5]邹塞.污泥（底泥）重金属生物淋滤效果研究:[学位论文].湖南：湖南大学2008.4~7.
[6]朱小娟.不同菌种对污泥生物淋滤过程中重金属去除效果的比较研究:[学位论文].山西太原：太原理工大学.2010.
[7]黄玉娥.污水污泥中重金属去除方法研究:[学位论文].湖南：湖南大学, 2007.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。