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污泥重金属的危害不仅与其含量有关，还与其存在形态密切相关。相应地的处理方式也有两种，一种是将污泥中的重金属固定或者隐定，另一种方式是将重金属从污泥中去除。对前者来说，重金属仍存在于污泥或其衍生物中，但由易溶、有毒、不稳定的状态变为低溶或不溶、无毒、稳定的状态，即通过减少重金属不稳定态的含量、降低重金属的活性和生物有效性使污泥达到无害化；后者则通过减少污泥中重金属的总量来处理污泥。 1 污泥重金属的稳定 污泥重金属的稳定一般是向其中加入钝化剂，提高污泥的pH值，使重金属转化成氢氧化物等沉淀，达到钝化重金属并杀死病原菌的效果。曹仲宏等研究了添加剂对填埋污泥重金属稳定的影响，实验结果表明生石灰、粉煤灰和黏土三种添加剂均有利于Cr和Cd向稳定形态转化，其中粉煤灰对Cr向稳定态转化的促进作用最明显，而黏土对Cd的稳定作用最强；生石灰能促进Pb和Zn的稳定，而粉煤灰和黏土则有相反的作用；粉煤灰对Ni有促进作用，生石灰和黏土则反之。由此可知，加入添加剂后污泥重金属的形态发生变化，当向稳定态转化时即起到了固定重金属的作用；不同添加剂对同一金属的稳定效果不同，即使是同种添加剂对不同金属的稳定作用也不一样，有时甚至会起相反的作用，因此在实际中应综合考虑各种重金属后选择适宜大多数重金属稳定的添加剂。 Gan等学者将近年来发展的微波法应用于污泥重金属的稳定，之后一些学者研究了微波在添加剂的作用下对重金属的稳定效果。Chen等研究了微波在不同添加剂作用下对重金属铜的稳定作用，表明铁粉比其它添加剂如碳酸钠、硅酸钠等在促进铜离子的稳定方面效果更显著，能将铜离子的浓度从179.4mg/L降低到6.5mg/L。Hsieh等则深入探索了微波处理重金属的影响因素，认为适当的提高微波功率，延长反应时间，在加热过程中通入惰性气体N2等方法均能促进金属铜的固定。微波法固定污泥中的重金属是微波辐射通过破壁、堆积、包埋、固定、成孔过程将重金属有效的闭塞在固定的孔穴实现的。已有文献关于微波法对重金属铜固定的研究较多，对于其它重金属的固定效果研究较少，并且微波法目前还局限于室内试验，对于实际大批量污泥的处理仍存在很多问题。 2 污泥重金属的去除 2.1吸附法 吸附法是利用具有特殊结构或化学成分的物质来分离去除重金属的方法。Kosobucki等探索了经济有效且易获得的地质材料天然沸石对污泥重金属进行研究，表明添加2%的斜发沸石，经5h震荡后，粒径为0.7-1.0mm的沸石吸附重金属的效果最好。沸石矿物具有开矿的硅氧格架，在晶体内部形成很多孔径均匀的孔道和内表面很大的空穴，因而对重金属离子有很强的吸附性。此外，一些微生物具有的独特细胞壁结构和成分使其也具有吸附能力。一般认为，微生物吸附主要是生物体细胞壁表面的一些具有金属结合、配位能力的基团如羟基、羟基等通过与吸附的重金属离子形成离子键或共价健来达到去除重金属离子的目的。Brinza等发现藻类可以吸附一种或多种重金属离子；Klimmek等研究了30种藻类对Pb、Cd、Ni和Zn的吸附作用，其中蓝藻对4种金属的吸附量最高。Romera等对37种藻类生物吸附重金属的情况进行了比较，认为红藻、绿藻和褐藻3大藻中，褐藻的吸附容量较高。这些藻类具有较强的吸附能力可能是由于细胞壁外有一层黏性物质，这类物质因含有糖醛酸而具有很大的结合金属离子的能力。由此可知利用藻类对污泥重金属进行吸附可以同时实现多种金属的吸附且吸附量大，藻类吸附剂还具有成本低、选择性好等优点，因而具有较为广阔的发展前景。 2.2化学淋滤法 化学淋滤法处理污泥中的重金属通常是采用硫酸、盐酸或硝酸等将污泥的酸度降低，通过溶解作用，使难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子；或者用EDTA、柠檬酸等络合剂通过离子交换作用、酸化作用，鳌合剂和表面活性剂的络合作用，将其中的重金属分离出来，达到减少污泥重金属总量的目的。Stylianou等研究了酸处理对雅典市政污水污泥重金属去除的影响，结果表明当反应温度为80℃，浓度为20%的硫酸与污泥作用30min后对污泥重金属的去除效果最明显，其中Ni、Cu、Cr和Zn的去除率高达70%以上，对Pb的去除效果不是很明显。无机酸处理虽然对大部分金属去除效果较好但其环境危害性大，为此黄翠红等[25]对有机酸柠檬酸去除化工厂污泥中的镉、铅进行研究，发现当pH值在3左右，柠檬酸浓度0.2mol/L，摇床转速200r/min，反应时间1d时，污泥中镉、铅的最大去除率分别为91.5%和96.5%，且用此法去除其它污泥中的重金属镍、铜也取得了很好的效果。与无机酸有所不同，有机酸柠檬酸能高效的去除重金属是由柠檬酸的酸性和阴离子的络合特性共同发挥作用的结果；同时柠檬酸易于生物降解，对环境污染较小。一些学者还认为：仅用酸来降低污泥的pH值不利于重金属硫化物向可溶态离子形式转化，当污泥的氧化还原电位Eh值升高时，金属硫化物才能被氧化成硫酸盐溶解出来。为此，Yoshizaki等采用8%的磷酸和H2O2的室温下处理污饼，水力停留时间1h的处理效果即可与1mol/L的盐酸相当，在H2O2存在的情况Cu很容易从污泥中去除，大部分磷酸可以循环利用。由于加入H2O2提高了污泥的氧化还原电位，因而重金属的沥滤效果得到了进一步的提高。 2.3电动修复法 电动技术最初于20世纪80年代应用在土壤重金属的去除中，在城市污泥重金属去除中的应用刚起步。电动修复法的去除效率与重金属的形态有关，Akertche等的研究表明污泥中重金属的形态是影响重金属迁移和电动修复效果的重要因素。kin等通过现场实验得出了类似的结论，表明电动过程对可交换态重金属的去除率可达92.5%，而有机态和残渣态重金属的去除率分别为34.2%和19.8%。一些学者尝试将酸化后的污泥进行电动修复试验，Wang等的研究表明经酸化后污泥中的重金属去除率显著提高，其中Zn、Cu和Ni的去除率高达90%以上，Cr的去除率达68%，As的去除率达31%，经电动修复技术处理后重金属Zn，Cu，Ni，Cr和Pb的浓度均达到了美国环境保护部关于污泥农用的限制标准。袁华山等研究了经HNO3酸化后脱水污泥在电动力作用下，Cd、Zn和Cu的去除率都有明显的提高，分别比未酸化的污泥去除率增加11%、9%和6%。电动修复技术作为一门新型的绿色环保修复技术，去除效率高，特别是对酸化污泥效果更好，能同时去除几种重金属，从技术层面是可行的；但对于更深层次的迁移特性及运行成本等问题仍有待进一步研究。 2.4生物淋滤法 生物淋滤技术是利用自然界的微生物通过直接作用或其他代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、络合或溶解作用，将固相中的某些不溶性成分如重金属分离浸提出来的一种技术，其中应用最广泛的是氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌。 Wong等研究了在FeS2作用下，利用厌氧消化污泥分离出的嗜酸氧化亚铁硫杆菌能使污泥中Zn的去除率达99%，Cr为65%，Cu为74%，Pb为58%，Ni为84%，效果极为显著。也有一些学者尝试将其它菌种用于生物滤淋中，Mulligan等从尾矿中分离出黑曲霉，其处理的最大溶出率Cu为68%，Zn为46%，Ni为34%。生物滤淋法去除污泥中重金属的效率取决于微生物的活性和重金属的种类与形态，因此实际应用此法时，不仅要控制好温度、pH值、Eh值、生物的种类与浓度，还应考虑污泥的种类、浓度和重金属种类等因素的影响，要取得显著的处理效果，应综合考虑多种因素并严格控制其工艺条件。 |
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