2020 世环会

2020年8月31日-9月2日

上海 | 国家会展中心(虹桥)

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城市污水处理厂污泥重金属的去除

摘要:污水处理是城市工业化建设的关键环节,其不仅有助于城市生活环境的优化,更对工业建设的生态化发展具有深刻影响。现阶段,我国城市污水的排放总量不断增加;污水净化处理中,以絮状体为基本形态的污泥排放规模也在持续扩大。

引言

随着工业化和城市化进程的日益加快,重金属污染已经成为全球关心的焦点。水体中的重金属逐渐富集于污泥中,成为水生环境中最严重的污染源之一。我国污水处理能力日益提高,作为污水处理过程的必然产物,污泥(含水率按80%计)产量正以每年15%的速度增长,到2020年全国污泥总量将达到6000万t/a。我国51个城市98个污水处理厂的污泥进行分析,发现其Zn、Cu、Cr含量较高。由于污泥中的重金属类污染物丰富,如何妥善处理污泥将成为我国面临的重大环境问题。

1 城市污水处理厂污泥重金属去除的必要性

1.1 生态价值——提升污水处理质量

工业化发展中,污水净化处理对于生态环境优化具有深刻影响。实践过程中,大量污泥的利用处理是污水净化的难点之一。具体而言,这些污泥中含有较多的重金属有害物质和病原菌,若不能对其进行规范处理,势必造成严重的黑臭固化废物堆积,对人们的生产生活造成严重影响。而在去除技术应用过程中,污泥会被逐渐消耗利用,其使得污泥的总体规模有所降低,既保证了污水处理质量,又实现了城市环境的有效保护。

1.2 经济价值——实现循环经济发展

污泥的去除技术应用符合我国循环经济的发展要求。污泥处理实践中,重金属有害物质虽然会对人们的生产生活造成一定威胁,但是其中的化学物质多为工业生产原料,在循环经济理念下,通过置换还原处理,大量的金属物质可进行再次萃取,并应用于工业生产实践,其在推动循环经济发展的同时,实现了工业生产成本的有效控制。此外,污泥中含有大量的有机物和氮磷钾物质,将其应用于农业生产,可实现土质环境的有效改善,从而确保经济效益的有效提升。

1.3 社会效益——彰显良好社会形象

对于污水处理厂而言,污泥处理对其企业社会形象的彰显具有重大影响。现阶段,我国注重经济发展的绿色可持续;其要求企业在生产实践中注重社会责任承担,实现生产过程的节能与环保。污水厂污泥的资源化处理,不仅实现了污水净化过程环境效益的保证,更为工业生产提供了较多的基础资源,实现了企业经济效益、生态效益和社会效益的全面统筹。


2 城市污泥重金属特征

2.1 城市污泥重金属特征

根据从2010年-2015年关于城市污水厂污泥重金属含量的文献及资料调研发现,污泥中重金属主要为铜、锌、镍、总铬、镉、铅、汞和砷8种重金属,这些重金属含量都高于当地土壤背景值,其中铜、锌和镉超背景值100~200倍,是污泥中主要的污染元素。

2.2 城市污泥重金属处理技术概况

目前对于污泥中重金属的控制技术主要包括物理法、生物法化学法、电动修复、固定化/稳定化等方法,这些方法各有优缺点。如,化学法由于要对污泥进行酸化,且处理过后的酸性溶液需要中和,增加了试剂和设备成本;电动修复电能消耗大,每次处理的污泥量有限,一般情况下会与其它的处理技术联用,应用受到限制;生物法处理时间长,工艺稳定性差。重金属稳定剂主要有无机稳定剂和有机稳定剂两种。现无机稳定剂的应用较为常见,但其存在状态不够稳定,在稳定化开展过程中易受环境变化从而使重金属重新进入地表水或地下水。

3 污水处理厂的污泥去除技术应用途径

3.1 污泥堆肥

污泥堆肥是当前污水处理厂污泥去除技术应用的重要方式。传统农业应用中,人们没有对污泥中的重金属物质和病菌体进行清除,导致了污泥在农业应用中的恶臭化,加大了病菌和重金属的污染程度。当前环境下,人们在农业应用中,然后在重金属物质去除的同时,将污泥与煤粉等其他城市生活垃圾进行堆肥;其不仅实现了剩余重金属物质生物活性的降低,更有效抑制了病菌体扩散,在减少恶臭气味的同时,实现了生态环境的有效改善。

3.2 能源与热能利用

加强污泥的处理及可回收资源利用,是节约资源、保护环境的有效途径。现阶段,在污泥回收中,其应用的形式较为多元。比如工业生产人员可在污泥热解制油技术的应用下,对污泥进行高温加热,此时污泥会发生一定的化学反应,从而实现油、碳及相关气体的生成,实现工业废物的二次利用。此外,其还可以在高温、高压环境下,实现污泥的直接优化,并将其转化为油状物质进行工业应用,实现基础生产资源的有效节约。

3.3 动电技术

动电技术是在固体/液相系统中插入电极,通过在污染介质上施加直流电压形成电场梯度,利用直流电场产生的各种电动力学效应,驱使介质中重金属在电渗析、电迁移、自由扩散和电泳作用下发生迁移,并富集于阴极区,从而将重金属去除。从20世纪80年代起动电技术开始应用于土壤重金属的去除,而对于城镇污泥中重金属的去除研究则正处于起步阶段。

3.4 生物沥滤法

指在有氧及含硫条件下,利用污泥中的氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌等嗜酸性硫杆菌的直接作用或其代谢产物的间接作用,产生静电吸附、共价吸附、络合、螯合、离子交换和无机微沉淀等作用,使污泥的pH降低,污泥中处于吸附、化合状态的不溶性重金属离子从固相中溶出,进入水相成为可溶性离子形式,最后将污泥脱水从而达到去除污泥中的重金属的目的。


对生物沥滤和动电技术相结合去除污泥中的重金属进行了研究,在生物淋滤过程中,有机硫化态的铜以及碳酸盐结合态和有机硫化态的锌都转换成了可溶性的离子形态,在动电过程中,这些离子可以很容易迁移到电极区,并在那里聚集。最后,可以很方便地回收或处置这些重金属。相对其他方法而言,生物沥滤法去除污泥中的重金属不但具有耗酸少、设备简单、运行成本低、去除效果好、副产物无毒、适用范围广等优点,而且同时还能有效地去除污泥中的病原菌。但是该方法也具有滞留时间较长的缺陷,是今后需要解决的主要问题之一,此外高浓度重金属淋出液的处理问题也需要进一步的探索。

3.5 植物提取法

植物提取法是利用重金属超富集植物的根系从污泥中超量吸收一种或几种污染物,特别是有毒重金属,并将其转移到植物茎叶等可收割的部位,然后收割茎叶,再进行异地处理的一种方法。非稳定态重金属容易被植物吸收利用,如可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态;稳定性较强的重金属不易释放到环境中,如硫化物和有机结合态;而残渣态对生物无效,为不可利用态。

因此,对于残渣态重金属含量高的污泥,不适合采取植物提取法来去除重金属。植物提取法只能作为污泥中重金属去除的辅助方法。为了把植物提取法运用到实际工程中,还需要在多方面做更深入的研究,如寻找更多的对重金属具有超富集作用的植物,并对已知的超富集植物进行改良;富含重金属的植物收割后的后续处理问题;在有条件的地区创建示范研究基地,以便总结实际经验进行推广等。

4 结语

总之,污泥中水分的脱除对重金属的脱除有一定影响。污泥中的水分与重金属离子的脱除均不是单独的过程,两者之间既有协同作用,污泥的土地利用可以实现废物资源化,是环境友好的一种处理方法,值得提倡。全面地认识污泥中重金属的赋存特性,对于控制污泥处理过程中的重金属的污染而言,是一项基本但是非常重要的工作。希望本文可为污水处理厂污泥金属处理处置的管理以及方法进行分析以及管理。

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