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亚铁盐对城市污泥中重金属的稳定化作用研究精
第31卷第4期2010年4月
环境科学ENVIRONMENTALSCIENCE
Vol.31,No.4
Apr.,
2010亚铁盐对城市污泥中重金属的稳定化作用研究
王旌
1,2
付融冰1*,罗启仕1,张长波1,许延营
3
(1.上海市环境科学研究院,上海200233;2.华东理工大学资源与环境工程学院,上海200237;3.青岛市城市建设投资
集团,青岛
266071
摘要:
在不同的药剂投加条件下,通过对重金属的浸出系数和形态分布分析,研究了亚铁盐对污泥中重金属的稳定化效果.结果显示,
单独投加亚铁盐时会导致污泥pH值降低,投加5%的硫酸亚铁时,污泥pH值由6.5骤降至4.4,污泥中锌和镍的浸出系数分别达到了363.3%和118.3%.投加亚铁盐辅助氢氧化钙稳定化污泥,能够将污泥pH值维持在偏碱性的范围内,且重金属的浸出系数显著降低.当投加15%的硫酸亚铁和7.5%的氢氧化钙时,锌和镍的浸出系数分别为11.5%和24.1%,污泥pH值为8.4.单独投加氢氧化钙可以有效地稳定污泥中的重金属,但会显著提高污泥的pH值,不利于污泥的后续资源化.在相同pH值条件下,硫酸亚铁和氢氧化钙同时投加的稳定化效果比单独投加氢氧化钙要好.重金属的形态分析表明,锌、铜和铅的稳定态增加,但镍、总铬和镉的不稳定态增加.关键词:
城市污泥;重金属;亚铁盐;稳定化;形态分析
中图分类号:
X705
文献标识码:
A
文章编号:
0250-
3301(201004-1036-05收稿日期:
2009-06-04;修订日期:
2009-09-18基金项目:
上海市自然科学基金项目(07ZR14090
作者简介:
王旌(1984,男,硕士研究生,主要研究方向为固体废
物处理处置,
E-mail:
wangjingsean@*通讯联系人,E-mail:
rongermmfu@
StabilizationofHeavyMetalsinSewageSludgebyUsingaFerrousIron
WANGJing1,2
FURong-bing1,LUOQi-shi1,ZHANGChang-bo1,XUYan-ying3
(1.ShanghaiAcademyofEnvironmentalSciences,Shanghai200233,China;2.SchoolofResourceandEnvironmentEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China;3.QingdaoCityConstructionInvestmentGroup,Qingdao266071,
ChinaAbstract:
Thestabilizationofheavymetalsinsewagesludgeusingaferrousironisinvestigatedthroughleachingtestandfractionationanalysis.TheresultsshowedthatFeSO4·7H2OwasnothelpfultostabilizetheheavymetalsinthesludgewhenusedindividuallysinceitreducedthepHvalueofsludge.ThepHvaluedroppedsignificantlyfrom6.5to4.4,andleachingcoefficientsofZinc(ZnandNickel(Niraised,respectively,to363.3%and118.3%whenFeSO4·7H2Owasaddedindividuallyataratioof5%.However,itmaintainedthepHvaluewithinaslightalkalinerangeandtheleachingcoefficientsofheavymetalsreducedsignificantlywhencombinedwithCa(OH2asanauxiliaryagent.ThepHvalueofsludgekeptto8.4andleachingcoefficientsofZnandNiwerereducedto11.5%and24.1%,forexample,when15%FeSO4·7H2Oand7.5%Ca(OH2wereaddedtogetherintothesludge.Besides,whenCa(OH2wasusedindividually,thepHvalueofthesludgeraisedhighlyalthoughtheheavymetalswerestabilizedeffectively.UndersamepHvalue,combinedadditionofFeSO4·7H2OandCa(OH2promotedthestabilizationofheavymetalshadabettereffectthanindividualuseofCa(OH2.ThefractionationanalysisrevealedthatthestablespeciesofZn,CuandPbwereincreased,andtheinstablespeciesofNi,CrandCdwerealsoraised.
Keywords:
sewagesludge;heavymetals;ferrousiron;stabilization;fractionationanalysis
城市污泥中含有大量的重金属污染物,这是限制污泥农用的主要因素.将含有重金属的污泥直接施用于土壤,会导致土壤中重金属含量增加,对生态环境和人体健康产生潜在的危害风险
[1,2]
.因此,将
污泥农用之前,必须采取适当的稳定化处理措施,降低污泥中重金属的沥出性和生物有效性.为了增加污泥中重金属的稳定性,可以采用水泥、飞灰[3]
和
石灰
[4]
等对污泥进行稳定化处理,也可以使用热塑
固化法、玻璃化技术、自胶结固化技术等对污泥进行固化处理
[5]
.这些处理方法会显著改变污泥的性质
和形态,影响污泥后续农用.
亚铁盐是一种常用的重金属稳定剂,对污染土壤和烧[68]
、[9]、、[10]和
铅[11,12]
等具有较好的稳定化效果.目前,利用亚铁
盐对土壤和飞灰进行稳定化处理已有较多研究报
道
[13,14]
但是对城市污泥中重金属稳定化研究报道
很少.
本实验利用亚铁盐对上海市某污水处理厂脱水污泥进行了稳定化处理,研究了单独投加硫酸亚铁和投加硫酸亚铁辅助氢氧化钙对污泥重金属的稳定化效果,分析了重金属在稳定化处理前后的形态分布变化,
以期为利用亚铁盐对城市污泥进行稳定化
4期王旌等:
亚铁盐对城市污泥中重金属的稳定化作用研究处理提供科学依据.
1材料与方法
1.1实验污泥
实验所用污泥取自上海市某污水处理厂,为工
业废水和生活污水混合经二级生化处理后产生的脱
水污泥.污泥呈黑色,含水率为82%,pH值为7.0.
污泥中的锌、铜、镍、总铬、镉等重金属的含量如表1
所示.
表1实验污泥的重金属含量/mg·kg-1
Table1Concentrationofheavymetalsinthe
experimentalsludge/mg·kg-1
项目锌铜镍总铬镉铅
重金属含量4223.01383.12119.74639.324.267.5
1.2污泥稳定化实验方法
分别取800g污泥置于5个2L的烧杯中,进行
3组稳定化实验,硫酸亚铁投加比例分别为1%、
5%、10%、15%和20%,具体添加条件如表2所
示.处理后的污泥置于通风处风干,研磨备用.每组
实验均以未处理污泥作为对照.
表2污泥稳定化处理条件
Table2Experimentalconditionsforsludgestabilization
实验组号实验条件
1单独投加1%、5%、10%、15%和20%的硫酸亚铁
2以质量比2ʒ1同时投加硫酸亚铁和氢氧化钙
3单独投加0.5%、2.5%、5%、7.5%、10%的氢氧化钙
1.3分析方法
1.3.1重金属浸出毒性测试
采用美国环保署颁布的TCLP(Toxicity
CharacteristicLeachingProcedure方法[15]测定污泥
中重金属的浸出毒性.用pH=2.88的醋酸溶液对
污泥样品进行浸提,固液比(质量体积比为1ʒ20,
在30r·min-1下浸提1820h.用原子吸收仪(耶
拿,novAA400测定浸提液中重金属的浓度.重金属
浸出毒性以浸出系数表示:
浸出系数=处理后污泥重金属的浸出浓度
处理前污泥重金属的浸出浓度
ˑ100%
1.3.2重金属总量及形态分布
取过100目筛的风干污泥1g,采用HNO
3
-
HClO
4
-HF体系消解法[16]对污泥样品进行消解,用以测定污泥中重金属的总量.取过100目的风干污泥1g,Tessier测的形态分布[17].用原子吸收仪(耶拿,novAA400测定处理后的溶液中重金属.以上测试均包含3个平行样,结果以算术平均值表示.
2结果与讨论
2.1污泥中重金属浸出毒性的变化
污泥浸出液中的铜、镉和铅均未检出,总铬和镉的浸出浓度为0.12mg·L-1和0.015mg·L-1,而锌和镍的浸出浓度较高,最大分别达到25.0mg·L-1和31.4mg·L-1.因此,本实验将锌和镍作为重点关注的重金属污染物,首先研究了不同条件下污泥中锌和镍浸出特性的变化.图1为不同稳定化处理条件下污泥中锌和镍的浸出毒性以及污泥pH值的变化.
2.1.1单独使用亚铁盐时污泥中重金属浸出毒性变化
单独加入亚铁盐时,随着亚铁盐量的增加,污泥的pH值显著降低,从而导致锌和镍的浸出毒性不降反升.在投加5%的FeSO
4
·7H
2
O时,污泥pH值由6.5骤降至4.4,污泥中锌和镍的浸出系数分别达到了363.3%和118.3%.这是由于硫酸亚铁在污
泥中被氧化成三价铁,并生成H
2
SO
4
而导致的[18],其反应式如下:
Fe2++H
2
O+
1
4
O
2
→Fe3++
1
2
H
2
O+OH-
Fe3++3H
2
O→Fe(OH
3
+3H+
但是,随着亚铁盐的用量逐渐增加尤其是投加量超过5%时,锌和镍的浸出系数又开始降低.当投
加20%的FeSO
4
·7H
2
O时,尽管污泥pH值达到了3.8,但锌和镍的浸出系数还是分别降到了197.2%和78.3%.总体上看,单独使用亚铁盐对污泥中锌和镍的稳定化处理效果并不理想,特别是会导致锌的浸出毒性增加.由此可见,亚铁盐单独使用不利于对污泥中的锌和镍进行稳定化处理.
2.1.2亚铁盐与氢氧化钙联合使用时污泥中重金属浸出毒性变化
以质量比2ʒ1同时投加FeSO
4
·7H
2
O和Ca(OH
2时,理论上可以使亚铁盐
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