污水处理厂脱水污泥中重金属的形态分布特征研究 4页

第28卷第5期中国给水排水Vo1．28No．52012年3月CHINAWATER&WASTEWATERMar．2012污水处理厂脱水污泥中重金属的形态分布特征研究谢莹，张涛，金建峰，李力群(1．吉林4JC_r_学院环境与生物工程学院，吉林吉林132022；2．吉林博德医学免疫制品有限公司，吉林吉林132013)摘要：研究了污水处理厂脱水污泥中重金属的形态及总量分布特征，对所采集的活性污泥和消化污泥样品的分析结果表明，镉、铜、铁和锌的主要分布形态为可还原态，在活性污泥中分别占各自总量的48．67％、83．74％、87．21％和64．90％，在消化污泥中则分别占各自总量的37．62％、83．44％、65．99％和61．64％；铬主要以残渣态存在，在活性污泥和消化污泥中分别占其总量的85．83％和67．64％；活性污泥中锰主要以弱酸提取态和可还原态存在，分别占47．16％和44．69％，在消化污泥中则主要以弱酸提取态存在，占61．69％；铅的5种形态分布比较均衡。活性污泥中7种重金属的总量呈现铁>铜>锌>锰>铬>铅>镉的趋势；消化污泥中7种重金属的含量排序则为铁>锰>锌>铜>铬>铅>镉。活性污泥中7种重金属的总量均高于消化污泥。关键词：活性污泥；消化污泥；重金属；形态分布中图分类号：X703文献标识码：C文章编号：1000—4602(2012)05—0093—04SpeciationDistributionCharacteristics0fHeavyMetalsinDewateredSludgefromWWTPXIEYing，ZHANGTao，JINJian—feng，LILi—qun(1．CollegeofEnvironmentalandBiologicalEngineering，JilinInstituteofChemicalTechnology，Jilin132022，China；2．JilinBrotherBiotechCo．Ltd．，jilin132013，China)Abstract：ThespeciationanddistributioncharacteristicsofheavymetalsindewateredsludgefromWWTPwerestudied．Theanalysisresultsofactivatedanddigestedsludgesamplesshowedthatcadmium．copper，ironandzincmainlyexistedasreduciblefractionandtheamountswere48．67％，83．74％，87．21％and64．90％respectivelyinactivatedsludge，and37．62％，83．44％，65．99％and61．64％respectivelyindigestedsludge．Chromiummainlyexistedasresidualfraction，theamountwas85．83％inactivatedsludge，and67．64％indigestedsludge．Manganesemainlyexistedasweakacidextractionfractionandreduciblefractioninactivatedsludge，theamountsoftwofractionswere47．16％and44．69％，anditmainlyexistedasweakacidextractionfractionindigestedsludge，theamountwas61．69％．Leadwasbalancedinthedistributionofthefivefractions．ThetotalamountsofsevenkindsofheavymetalsshowedFe>Cu>Zn>Mn>Cr>Pb>Cdinactivatedsludge．whilethoseshowedFe>Mn>Zn>Cu>Cr>Pb>Cdindigestedsludge．Theamountsofheavymetalsinactivatedsludgewerehigh—erthanthoseindigestedsludge．Keywords：activatedsludge；digestedsludge；heavymetal；speciationdistribution吉化污水处理厂主要负责处理吉化公司工业废水和吉林市江北地区生活污水，处理能力为24×·93·\n第28卷第5期中国给水排水10t／d，有效地控制了水污染问题。但在污水处理入2滴硝酸，加去离子水定容至刻度，过0．45m过程中，产生的大量污泥又成为新的污染源，70％～滤膜，置于冰箱中(4℃)保存待测。90％的重金属元素通过吸附或沉淀转移到污泥中。②弱酸提取态提取吉化污水处理厂生化处理车问的活性污泥和预处理向水溶态提取后的残渣中加入0．1mol／L的醋车间的消化污泥均采用直接填埋或焚烧后填埋的处酸溶液20mL，振荡试管使残渣全部分散，25。【=下理方法，污泥中的重金属一旦和周围环境发生反应于空气浴恒温振荡器中振荡16h。取出后将溶液转进入大气、土壤或地下水，就可能会随着时空迁移对移至聚丙烯离心管中，以3500r／min离心20min，人类产生一系列的影响。污泥中重金属对环境的危取上层清液移人50mL比色管中，加入2滴硝酸，加害除了与其总量有关外，更大程度上取决于其形态去离子水定容至刻度，过0．45m滤膜，置于冰箱分布，故污泥中重金属形态分布的研究越来越受到中(4℃)保存待测。重视¨“J，然而研究对象更多的是城市污水处理厂③可还原态提取的污泥。。笔者针对吉化公司污水处理厂，研究向弱酸提取态提取后的残渣中加入0．5mol／L其脱水污泥中重金属的分布特性，以便掌握污泥中的盐酸羟胺溶液20mL，25下振荡16h。取出后重金属的种类、含量和存在形态，为污泥的开发利用的操作同弱酸提取态的提取。和风险评价提供依据。④可氧化态提取1试验部分向可还原态提取后的残渣中缓慢加入5mL经1．1仪器和试剂HNO酸化后pH值为2的双氧水，于25℃下振荡1主要仪器：FD一2密封式恒温可调电炉；VP32h。取出后置于恒温水浴锅中，于85℃的恒温水浴型真空抽滤泵；TDL一50B型台式离心机；HH—S型中加热1h，待溶液蒸至近干后取出冷却至室温，然恒温水浴锅；HZQ—C型空气浴振荡器；TAS一986后再加入5mL经HNO酸化后pH值为2的双氧型火焰原子吸收光度计；其他实验室常规玻璃器皿。水，于85℃的水浴中加热1h，再加入25mL经主要试剂：镉粒(高纯)；铜粉(99．8％)；铅粉HNO酸化至pH值为2、1．0mol／L的醋酸铵溶液，(99．9％)；锌粉(99．99％)；重铬酸钾(优级纯)；硫在25℃下振荡16h。取出后的操作同弱酸提取态酸锰(分析纯)；盐酸羟胺(分析纯)；冰乙酸(优级的提取。纯)；硝酸(优级纯)；盐酸(分析纯)；高氯酸(优级⑤残渣态提取纯)；过氧化氢(分析纯)；硫酸铁铵(分析纯)。将可氧化态提取后的残渣放于100mL烧杯中，1．2试验方法加入3mL去离子水润湿，再加入6mL盐酸和3mL1．2．1污泥样品采集硝酸，盖上表面皿，置于电热板上消解3h，烧杯中的污泥样品采自吉化污水处理厂预处理车间厌氧溶液近干，加入1mL高氯酸继续加热，至约1mL时消化后的脱水污泥(消化污泥)和生化处理车间的加2mL盐酸溶液(1+2)，继续加热至约1mL，趁热脱水活性污泥。采集后在室内风干，研细过100目加去离子水至残渣完全溶解，冷却。以下操作同弱尼龙筛。酸提取态的提取。1．2．2污泥样品预处理1．2．3提取液中重金属含量的测定①水溶态提取用原子吸收分光光度法逐一测定各形态提取液分别称取约0．5g消化污泥和活性污泥放于的吸光度值，通过各重金属元素标准曲线线性回归150mL锥形瓶中，加入l2．5mL去离子水，25cC下方程计算消解液中铁、铜、锌、锰、铬、铅和镉的浓度，于空气浴恒温振荡器中振荡2．5h。将溶液转移至再根据污泥称取量计算污泥中7种重金属的含量。聚丙烯离心管中，以3500r／min离心20rain，取上2结果与讨论层清液移入50mL比色管中。将残渣移回原锥形2．1重金属的形态分布特征瓶，加入10mL去离子水，25℃下振荡15rain，取出活性污泥和消化污泥中7种重金属的水溶态、后将溶液转移至聚丙烯离心管中，以3500r／rain离弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态的含量如心20min，取上层清液移人上述50mL比色管中，加表1所示。·94·\n谢莹，等：污水处理厂脱水污泥中重金属的形态分布特征研究第28卷第5期表1污泥中重金属各形态含量和1．73％。Tab．1Heavymetalcontentinsludge消化污泥中镉的可还原态比例为37．62％，比mg·kg活性污泥少；可氧化态和残渣态所占比例都高于活项目水溶弱酸可还可氧残渣态总量性污泥，分别占27．72％和24．75％；弱酸提取态含态提取态原态化态量较少，占10％；水溶态没有被检出。铬与活性污镉活性污泥0．381．100．480．302．26泥相似，主要以残渣态存在，但所占比例为67．64％，消化污泥0．100．38O．280．251．01比活性污泥低18．19％；可还原态和可氧化态的比铬活性污泥6．581．6537．8313．16358．55417．76例分别为16．18％和13．24％，都高于活性污泥；水消化污泥1．651．6518．1014．8175．66l】1．85铜活性污泥72．14147．993645．50297．75189．784353．16溶态和弱酸提取态含量较少，均为1．47％。铜也主消化污泥1．901．89225．3926．0914．86270．12要以可还原态存在，所占比例为83．44％，与活性污铁活性污泥132．5166．4924851．00741．442704．8028496．24泥一样；可氧化态和残渣态的含量较少，分别为消化污泥53．84416．3899O1．00377．304255．7515004．279．66％和5．50％；水溶态和弱酸提取态都仅占锰活性污泥15．58590．05559．1453．1233．211251．090．70％。与活性污泥相同，铁主要以可还原态存在，消化污泥16．32465．12208．44l2．2751．81753．95但其比例为65．99％，比活性污泥低21．22％；残渣铅活性污泥9．5415．2621．O015．27l7．1878．25消化污泥5．73l1．4519．0817．1821．0O74．44态比例则比活性污泥高3倍；弱酸提取态比例是活锌活性污泥20．47828．75l939．75147．9451．792988．70性污泥的10倍；水溶态和可氧化态的比例分别为消化污泥3．46164．87434．2555．9046．01704．490．36％和2．51％，与活性污泥相近。锰主要以弱酸由表1可以看出，在镉、铬、铜、铁、锰、铅和锌7提取态存在，其比例为61．69％，高出活性污泥种重金属中除未检出镉的水溶态外，其他5种形态14．53％；可还原态所占比例为27．65％，低于活性在2种污泥中均有检出，但不同重金属的形态分布污泥的17．04％，残渣态、水溶态和可氧化态所占比不同，同种重金属在不同污泥样品中各形态所占比例较少，分别为2．16％、1．63％和6．87％。铅在各例也不尽相同。活性污泥中镉主要以可还原态存个形态之间的分布特征与活性污泥的相同，也比较在，占镉总量的48．67％；弱酸提取态、可氧化态、残均衡，依次为水溶态占7．70％、弱酸提取态占渣态分别占16．81％、21．24％和13．27％；没有检出15．38％、可还原态占25．63％、可氧化态占23．08％、水溶态。铬主要以残渣态存在，占铬总量的残渣态占28．21％。锌的分布特征和活性污泥中的85．83％；水溶态、弱酸提取态、可氧化态和可还原态也相同，主要以可还原态存在，其比例占61．64％；含量较少，分别为1．58％、0．39％、9．05％和同时存在一定量的弱酸提取态，约占23．40％；水溶3．15％。铜主要以可还原态存在，占铜总量的态、可氧化态和残渣态含量较少，分别为0．49％、83．74％；水溶态、弱酸提取态、可氧化态和残渣态含7．94％和6．53％。量均较少，分别为1．66％、3．40％、6．84％和2．2重金属总量比较4．36％。铁主要以可还原态存在，占铁总量的活性污泥和消化污泥中7种重金属各自总量见87．21％；水溶态、弱酸提取态、可氧化态和残渣态含图1。可以看出，不同污泥中重金属的含量不同，活量较少，分别为0．47％、0．23％、2．60％和9．49％。性污泥中7种重金属的含量呈现铁>铜>锌>锰>锰主要以弱酸提取态和可还原态存在，分别为铬>铅>镉的趋势；消化污泥中7种重金属的含量47．16％和44．69％，水溶态、可氧化态和残渣态含排序则为铁>锰>锌>铜>铬>铅>镉。活性污泥量较少，分别为1．25％、4．25％和2．65％。铅在各中7种重金属各自的总量均大于消化污泥，尤其是种形态之间的分布比较均衡，依次为水溶态占活性污泥中铜、锌和铬的含量分别高达4353．16、12．19％、弱酸提取态占19．50％、可还原态占2988．70和417．76mg／kg，分别是消化污泥的16．1226．84％、可氧化态占19．51％、残渣态占21．96％。倍、4．24倍和3．74倍，超过国家农用标准。活性污锌主要以可还原态存在，占锌总量的64．90％；同时泥中铁和锰的含量分别高达28496．24和1251．09存在一定量的弱酸提取态，占27．73％；水溶态、可me／kg，分别是消化污泥的1．90倍和1．66倍。活性氧化态和残渣态含量较少，分别为0．69％、4．95％污泥中镉的含量为2．26mg／kg，是消化污泥的2．24·95·\n第28卷第5期中国给水排水倍，铅的含量则与消化污泥的接近。两种污泥中重活性污泥中铅的含量略高于消化污泥中的含量，也金属含量不同是由于废水来源不同，活性污一泥-中爿g一的、鲫姐低于国家农用标准限值；活性污泥中铜、锌和铬的含32211重金属主要由吉化有机合成厂、电石厂0、炼5油O厂5、染O5量却分别高达4353．16、2988．70和417．76mg／kg。OO0000OOO00O料厂等化工企业排放的废水带人处理O装置0，O经生O物OOO远大于消化污泥中相应的含量，分别是消化污泥中处理时重金属被吸附到活性污泥中，随污泥一起沉的16．12倍、4．24倍和3．74倍，超过国家农用标准淀下来；而消化污泥中的重金属则是由吉林市江北限值，因此不宜直接用作农业肥料。地区生活污水排放带入吉化污水处理厂预处理车间，经泥水分离后的污泥被消化处理成为消化污泥，参考文献：因此消化污泥中重金属的含量明显低于活性污泥[1]陈同斌，黄启飞，高定，等．中国城市污泥的重金属含的。量及其变化趋势[J]．环境科学学报，2003，23(5)：561—569．[2]沈晓南，谢经良，阚薇莉，等．厌氧消化后污泥中重金属形态分布[J]．中国给水排水，2002，18(11)：51—52．[3]周广柱，王翠珍，黄伟，等．污水厂污泥中重金属有效态分布特征研究[J]．山东科技大学学报，2006，26一一一(1)：53—56．CdCrCuFeMnPbZn[4]任福民，周玉松，牛牧晨，等．污泥中的重金属特性分重金属析和生态风险评价[J]．北京交通大学学报，2007，31图1活性污泥和消化污泥中重金属总量比较(1)：102—105．Fig．1Comparisonofheavymetalcontentinactivated[5]田冬梅，邓桂春，臧树良，等．电感耦合等离子体质谱sldgeanddigestedsludge法测定城市污泥中重金属的活性形态[J]．光谱学与3结论光谱分析，2006，26(12)：2330—2333．①对吉化污水处理厂活性污泥和消化污泥中[6]郑翔翔，崔春红，周立祥，等．江苏省城市污水处理厂重金属形态的研究结果表明：镉以可还原态为主，在污泥重金属含量与形态研究[J]．农业环境科学学报，2007，26(5)：1982—1987．活性污泥和消化污泥中分别占48．67％和37．62％；[7]郑承松．三明市城市生活污水处理厂污泥中的重金铬主要以残渣态存在，在活性污泥中占总量的属含量及其形态分布研究[J]．海峡科学，2007，685．83％，在消化污泥中占67．64％；铜、铁和锌均以(6)：48—49．可还原态为主要存在形态，在活性污泥中分别占各[8]张朝升，陈秋丽，张可方，等．大坦沙污水厂污泥重金自总量的83．74％、87．21％和64．90％，在消化污泥属形态及其生物有效性的研究[J]．农业环境科学学中分别占各自总量的83．44％、65．99％和61．64％：报，2008，27(3)：1259—1264．锰在活性污泥中以弱酸提取态和可还原态为主，分[9]ScancarJ，MilacicR，StrazarM，eta1．Totalmetalcon—别占47．16％和44．69％，在消化污泥中主要以弱酸eentrationsandpartitioningofCd，Cr，Cu，Fe，NiandZn提取态存在，占61．69％；铅在5种形态中分布比较insewagesludge[J]．SciTotalEnviron，2000，250(1／均衡。3)：9—19．[10]胡蓓蓓，王祖伟，王东启．城市污泥中铜锌的化学形②活性污泥中7种重金属的总量呈现铁>铜态及其去除[J]．城市环境与城市生态，2007，20>锌>锰>铬>铅>镉的趋势；消化污泥中7种重(3)：15—17．金属的含量排序则为铁>锰>锌>铜>铬>铅>镉。活性污泥中7种重金属各自的总量均高于消化E—mail：xieying3704@sina．con污泥，活性污泥中镉的含量为2．26mg／kg，是消化通讯作者：李力群污泥的2．24倍，但低于国家农用标准规定的限值；收稿日期：2011—09—08·96·