一种降低活性污泥中重金属生物有效性的方法

摘要

一种降低活性污泥中重金属生物有效性的方法，涉及一种活性污泥中重金属的处理工艺。根据活性污泥中所含重金属种类和含量，往活性污泥中添加其重量的7％－70％的粉末腐殖土，室温下均匀搅拌20－30天后，活性污泥中Zn、Cu、Ni、Pb四种重金属可交换态和碳酸盐结合态的比例降低1.4－7倍，Zn、Cu、Ni、Pb四种重金属硫化物及有机质结合态和残渣态的比例得到提高，使活性污泥中重金属的生物有效性得到降低。本发明工艺简单，易于操作，经本发明处理的污泥，pH值不变，重金属的存在形态的改变提高了污泥土地利用的安全性，增加了土地的透水、透气性能。可广泛用于不同城市的污水处理厂污泥作为土地利用时所含重金属的处理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性污泥中重金属的处理工艺，具体涉及一种降低城市污水厂的活性污泥中所含锌、铜、镍和铅等重金属污染物生物有效性的处理工艺。

背景技术

据有关部门统计，目前我国城镇污水处理厂每年排放的污泥量(干重)约为130万吨，年增长率大于10％。如果城镇污水全部得到处理，则将产生污泥量(干重)为840万吨。由于污水处理厂排放的活性污泥中含有大量的有机质和营养物质，可被土地利用，用以改善土壤结构，提高土壤肥力。但活性污泥中往往含有大量的重金属污染物，在土地利用过程中会通过动植物和地下水进入食物链，进而进入人体，危害人体健康。因此，重金属是限制污泥大规模土地利用的最重要因素。降低污泥中重金属的危害是污泥土地利用必须解决的问题。深入研究表明，污泥中重金属对环境影响的大小不仅取决于重金属的总量，还取决于其在污泥中的形态分布。重金属污染物在污泥中不同的存在形态其生物有效性也有较大差异。一般来说，污泥中重金属的存在形态可分为：(1)可交换态；(2)碳酸盐结合态；(3)铁锰氧化物结合态；(4)硫化物及有机质结合态；(5)残渣态等。可交换态重金属是最易被生物吸收利用的。碳酸盐结合态重金属也容易被重新释放进入水相，被生物吸收。硫化物及有机质结合态重金属相对较稳定，不易被生物所吸收。残渣态重金属是最稳定的且对生物无效的。因此提高重金属硫化物及有机质结合态和重金属残渣态在污泥中的比例就可降低污泥中重金属的生物有效性，降低污泥中的重金属危害。

现有的降低污泥中重金属生物有效性的方法主要是通过添加固化剂于污泥中，使其变为不可流动性或者形成固体的过程。传统的固定技术是使用大量水泥固化。在固化效果不理想时，还会加入有机聚合物、粉煤灰、石灰、粘土、脲甲醛、沥青及硅酸钠等其他物质。该方法的缺点在于：经固化处理后的污泥不能作为土壤并且不能被土地利用。因为采用这种固化的方法破坏了用于土壤的污泥的结构、透水、透气等基本特性。而且，当在酸雨比较严重的地区，会失去固化作用造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是推出一种将污泥土地利用时，可以使污泥中重金属污染物生物有效性降低或消除的方法。经处理后，可减少污泥中重金属污染物的潜在威胁，提高污泥土地利用的安全性，而且处理方法简单。

为了达到上述目的，本发明针对用于土地利用的城市污水厂污泥中的重金属污染物，采用腐殖土作为一种高效的调节剂，改变活性污泥中重金属污染物的存在形态，降低污泥中重金属的生物有效性，达到减少或消除污泥中重金属污染物的潜在威胁的目的。经过反复研究发现：通过提高重金属硫化物及有机质结合态和重金属残渣态在污泥中的比例，降低污泥中重金属的生物有效性，即调节工艺可以满足要求。在粉末腐殖土调节剂的作用下，污泥中重金属发生化学反应，改变重金属在污泥中的存在形态，使它们转变为稳定的低毒性低迁移物质。并且，还可以通过调节投加量，获得良好的效果。

本发明采用粉末腐殖土作为调节剂，改变活性污泥中重金属的存在形态，进行稳定化处理，具体的方法步骤如下：

第一步，活性污泥中重金属种类和含量的测定

对活性污泥进行采样分析，了解活性污泥中所含重金属的种类和含量；

第二步，粉末腐殖土的配制

将日本W.T.M公司提供的腐殖土柱研磨，过60目筛得到粉末腐殖土，待用。上述的腐殖土柱为的性质及主要成分是：颜色为灰褐色，湿度≤10％，密度2.47g/cm³，pH＝4.0-5.5，有机质＝30％左右，有机质主要是高分子有机酸，且含有羟基，羧基等活性基团，无机物为60％左右，主要是SiO₂≥48％，Fe₂O₃≤3％，Al₂O₃≤4.5％，CaO≤0.35％，MgO≤0.35％。

第三步，活性污泥中重金属生物有效性的降低

按活性污泥重量的7％-70％重量百分比，往活性污泥中添加第二步配制的粉末腐殖土调节剂，室温下均匀搅拌20-30天，最后改变重金属在污泥中的存在形态，经检测污泥中Zn、Cu、Ni、Pb四种重金属可交换态和碳酸盐结合态的比例降低1.4-7倍，污泥中Zn、Cu、Ni、Pb四种重金属硫化物及有机质结合态和残渣态的比例得到提高，保证了活性污泥中重金属的生物有效性的降低，减少其潜在威胁，满足了污泥土地利用安全性要求。

本发明的优点如下：

1.采用粉末腐殖土调节剂处理活性污泥中重金属时，腐殖土所含高分子有机酸中大量的羧基，羟基等活性基团能与污泥中重金属污染物发生离子交换，络合反应和表面吸附等多重作用，降低Zn、Cu、Ni、Pb四种重金属可交换态和碳酸盐结合在污泥中的比例，提高Zn、Cu、Ni、Pb四种重金属的硫化物及有机质结合态和残渣态在污泥中的比例。从而降低了活性污泥重金属的生物有效性，减少了对环境的危害，提高污泥土地利用的安全性。

2.由于调节剂为工业原料，只要研磨成粉末状在室温下与活性污泥混匀即可，所以本发明的工艺简单。

3.经过本发明处理后的污泥，其PH值没有明显改变，没有增加其它生物难降解的物质，而且还改善了污泥的物理性质。用于土地利用后，可增加土壤的透水，透气性能，是一种对环境友好的生态型处理工艺。

具体实施方式

实施例1

第一步：对上海某城市污水厂活性污泥进行采样分析，该厂活性污泥的重金属含量为Cu：223.02、Zn：1612.66、Ni：33.03、Pb：101.7(mg/kg)。原来的活性污泥中四种重金属的五种形态占各自总量的重量百分含量见表1。

表1.原活性污泥中重金属各形态所占百分含量

第二步：将日本W.T.M公司提供的腐殖土柱研磨，过60目筛得到粉末腐殖土，待用。日本W.T.M公司提供的腐殖土柱的性质及主要成分见下表2。

表2.腐殖土的一般性质及主要成分

第三步：按污泥重量的28％重量百分比往活性污泥中添加上述粉末腐殖土调节剂，室温下均匀搅拌20-30天，最后取样分析，活性污泥中四种重金属的五种形态占各自总量的重量百分含量见表3。

表3.调节后污泥中重金属各形态所占百分含量

污泥中重金属后二态百分含量变化为：Zn：24％提高到43％、Pb：79％提高到98％、Ni：28％提高到36％、Cu：91％提高到99％。达到本发明要求的降低污泥中重金属生物有效性的目的，提高污泥土地利用的安全性。