城市污泥堆肥过程中重金属形态的特征变化_逯延军

安徽农业科学, Jou r n al ofAnhu iAgr. i Sc. i 2010, 38(20):10841-10842责任编辑 常俊香 责任校对 况玲玲

城市污泥堆肥过程中重金属形态的特征变化

逯延军, 张照印

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(1. 西安工业大学建筑工程学院, 陕西西安710032; 2. 中国兵器工业第212研究所, 陕西西安710065)

摘要 采用分步提取法提取污泥样品中的重金属, 并采用等离子发射光谱仪测定各态重金属的含量。结果表明, 堆肥后多数重金属的形态发生了明显变化, 其主要存在形态为比较稳定的残渣态。关键词 城市污泥; 堆肥; 重金属形态

中图分类号 X 703 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2010) 20-10841-02

Study on Characteristic Changes of H eavy M etal For m s in S l udge Se wage i n Co mposting Process LU Yan -jun et al (Construction Eng i neer i ng College of X i . an T echno l og i calU ni versity , X i . an , Shaanx i 710032) Abstract The heavy metals i n sewage sl udge w ere extracted by step extraction method , and t he content of each for m of heavy meta lwas de -ter m i ned by pl as ma e m issi on s pectro m eter . The results showed t hat the heavy m etal f or m s changed obv i ousl y i n composti ng , and t he irma i n ex -i sti ng f o r m was fa i rly stable resi dua l for m . K ey words Se w age sl udge ; Co mposting ; H eavy me t a l f or m s

近年来, 随着我国城市污水净化程度的不断提高和城市污水厂数量的不断增加, 城市污泥的量也越来越多。目前, 污泥的主要处理方式有3种:填埋、焚烧和堆肥。填埋对污泥有机物的含量要求较严格, 而焚烧则会产生有害气体, 容易造成二次污染。堆肥可使污泥卫生化、稳定化、减量化、资源化。城市污泥中含有大量的有机物和氮、磷等植物所需的营养元素, 堆肥后的污泥可作为肥料施于土壤中。污水处理过程中重金属极易富集在污泥中, 这也是污泥资源化利用必须考虑的主要问题之一。

堆肥化前后污泥中重金属的形态发生较大变化, 而重金属的形态与生物的有效性具有密切关系

[5]

[1-4]

向第1步提取的残余物中加入10m l 1m ol/LNa Ac , 振荡12h ; »铁锰氧化物结合态:向第2步浸提残余物中加入20m l 0104m ol/LNH 2O H #H C l 的25%HA c 溶液, (96? 3) e 条件下水浴浸提4h ; ¼有机态:向第3步浸提残余物中加入3m l 0102m ol/LHNO 3和0. 5m l 30%的H 2O 2, 将p H 值调至2, 85e 水浴条件下保温2h , 再加入3m lH 2O 2, 用HNO 3调p H 值至2, (85? 2) e 条件下水浴3h , 间歇振荡, 取出放冷, 加5m l 3. 2m ol/LN H 4Ac , 稀释至20m , l 20e 条件下振荡30m i n ; ½残渣态:重金属总量减去上述各态重金属含量。1. 4 重金属含量测定 采用等离子发射光谱仪测定各态重金属含量。

2 结果与分析2. 1 堆肥对重金属含量的影响 堆肥前后污泥中重金属的含量变化如图1所示。由图1可知, 堆肥前的原污泥中Zn 含量最高, 其次为C r 和Cu , A s 含量最低。经过高温好氧堆肥后, 各重金属的含量均有一定增加, 但增加幅度不同, 其中Zn 和Cr 含量增加幅度最大。重金属含量增加的主要原因是堆肥过程中有机物被降解, 污泥的总重量降低, 而重金属属于较稳定的物质, 因此随着物料总重的减少重金属含量明显增加。

。在重金属存在

[6]

形态的研究中, Tessier 分步提取法得到了广泛应用。该方法将重金属在自然界的存在形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态。前3种形态稳定性较差, 易被植物吸收利用; 而后2种形态稳定性较强,

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不易释放到环境中。因此, 堆肥后污泥中重金属的存在形态也是影响污泥资源化利用的关键问题之一。

笔者对城市污泥好氧堆肥前后各主要重金属的总量及其形态变化进行了研究, 以期为污泥作为肥料的资源化利用提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 仪器与试剂 高速粉碎机; 回转摇床; 离心机; 水浴锅; 电子天平; 微波消解系统; 等离子发射光谱仪。

超纯水, 硝酸、盐酸、氢氟酸和过氧化氢均为分析纯, 1m ol/LMgC l 2, 1m ol/LNa Ac , 0. 04m ol/LN H 2O H #HC l 的25%HAc 溶液, 0. 02m ol/LHNO 3, 3. 2m ol/LNH 4A c , 20%HNO 3, 30%H 2O 2。

1. 2 样品预处理 取好氧堆肥后的污泥堆肥样品自然风干, 然后将其放在高速粉碎机中粉碎, 装袋, 干燥保存, 待测。1. 3 重金属提取方法 采用微波消解法处理样品。采用T essier 分步提取法分析重金属形态, 主要提取过程参考文献[8]。¹可交换态:精确称取1. 0000g 试样放入离心管, 加入10m l 1m ol/L的M g C l ; º碳酸盐结合态:2溶液, 振荡2h

作者简介 逯延军(1980-), 女, 河南南召人, 博士, 讲师, 从事固废资

源化研究。

图1 堆肥前后污泥中重金属含量的变化

F i g . 1 The changes of heavy m etal co ntent i n sl udge before and

after co mposti ng

2. 2 堆肥对重金属形态的影响 由图2可知, A s 的主要形

态为残渣态和碳酸盐结合态, 其余为少量的可交换态; Zn 的主要形态为残渣态和铁锰氧化物结合态, 其余为可交换态、

10842 安徽农业科学 2010年

碳酸盐结合态和有机态; Pb 的主要形态为铁锰氧化物结合态, 其次为残渣态和可交换态, 其余为少量的碳酸盐结合态和有机态; N i 和Cr 的主要形态均为残渣态, 其余为铁锰氧化物结合态和有机态; Cu 的主要形态为有机态, 其次为残渣态。总体来看, 堆肥前污泥中各重金属的形态多样, 既存在比较稳定的残渣态和有机态, 也存在不稳定的可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态, 各态重金属所占比例依重

金属的种类而有所不同。

图3 堆肥后污泥中重金属的形态分布

F i g . 3 The for m distributio n of hea vy meta l s i n sl udge after

co mposting

各重金属的形态发生了明显改变(向比较稳定的残渣态转变), 有利于污泥作为肥料的资源化利用。参考文献

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图2 堆肥前污泥中重金属的形态分布

Ta ble 2 The for m distri buti on o f heavy m etals i n sludge before

co mposti ng

堆肥后污泥重金属形态分布如图3所示。由图3可知, 堆肥后A s 的主要形态为残渣态; Zn 的主要形态仍为残渣态

和铁锰氧化物结合态; Pb 的形态发生了明显改变, 主要形态为残渣态, 而铁锰氧化物结合态和可交换态所占比例显著降低; N i 和C r 的残渣态略有增加, 而其他形态均略有降低, 但总体变化不大, 主要形态仍为残渣态; Cu 的残渣态显著增加, 而有机态明显下降。由于Cu 与有机物结合比较紧密, 因此堆肥前Cu 的主要形态为有机态, 而堆肥过程中有机物的分解使部分与有机物结合的Cu 被释放出来, 向更加稳定的残渣态转化

[9]

。总体看来, 堆肥过程降低了重金属的活性和

环境毒性, 多数重金属的存在形态在堆肥后都发生了明显改变, 并且向更稳定的残渣态转变, 即残渣态成为堆肥后重金属的主要存在形态。3 结论

堆肥降低了污泥中重金属的活性和环境毒性,

使污泥中

(上接第10840页)

[10]S HA H I D MA HBOOB, G HAZALA , S . S ULTA NA , et a. l Deter m i nati on of

organoch l ori n e and nitroge n contai ni ng p esticide resi dues i n water , s ed-i m e n t s and fi s h s a m ples b y reverse p hase hi gh perf or mance li q u i d chro m a -

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