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污泥重金属的处理方法前言在20世纪初，由于全球人口密度还不高，现代化大工业也未普遍出现，因而那时的污水浓度很低、数量也较少。当这些污水排放到自然环境中，自然生态系统能够正常地发挥它们的调节功能，靠自然界微生物的分解就可以达到自动处理。但在人口密度提高，工业发达后，污水浓度和排放量不断增加。巨大数量的含重金属废水排放到江河湖海中，靠自然界微生物的分解自动处理已经不可能了。这就必须进行人工处理。当前我国虽然有些地方对废水进行了一定程度的处理，但也只是其中的一部分，绝大部分废水未经处理或初步处理就直接排放，污水中的各种指标还远远高于国家规定的排放标准。所以目前我国的各大流域和各大湖泊、海洋水域都存在不同程度的污染，特别是辽河流域、淮河流域、滇池、太湖、巢湖、渤海、胶东湾等地区的水污染尤为严重。由此可见对废水进行一定程度的处理是十分有必要的。传统上处理重金属废水的方法主要是物理化学法，如吸附法、离子交换法、化学沉淀法、膜分离法、氧化还原法等，但这些方法都具有二次污染严重，处理成本高等问题。近年来人们开始为重金属废水的处理寻找新的方法。过去人们普遍认为活性污泥法不宜用来处理重金属废水，因为重金属废水中有机物质较少，而且重金属对污泥中的微生物有很强的毒害作用。但近年的研究结果表明，通过改造现行的活性污泥法可以处理重金属废水。向生活污水注入空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水。这样，在持续一段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐色的絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮凝体就是称为“活性污泥”的生物污泥。活性污泥法处理重金属废水主要是利用活性污泥中的细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂形成的具有很强吸附分解能力的污泥颗粒来完成的。活性污泥法是以活性污泥为主体的污水处理技术。目前最普遍使用的是活性污泥法，主要是用于去除溶解性和胶体有机物。效率较好的是生物膜法，在特殊行业废水的处理中应用最为常见。活性污泥(Activatedsludge)可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，不论是哪一种，活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮状微生物共生体。这样的共生体有很强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以达到处理和净化污水的目的。活性污泥法是指利用人工驯化培养的菌胶团——带粘性的，薄膜状的微生物团块，在人工强化的环境中呈悬浮状态生长，分解氧化污水中可降解的有机物质，从而使污水得到净化的方法。是采用人工曝气的手段，使栖息有大量微生物群的絮状泥粒均匀分散并悬浮在反应器中，与废水充分接触，在有溶解氧的条件下，徽生物利用废水中所含的有机物，进行同化合成和异化分解的代谢活动。活性污泥法的主要问题是产生大量剩余的污泥，需要用其它办法处理。污泥中含有丰富的有机营养成分氮、磷、钾等元素，有机物的浓度一般为60％～70％，其含量高于农家肥，是肥田、改良土壤、园林绿化建设的好材料。但是.污泥中也含有大量的病原菌、寄生虫卵，以及铜、铝、锌、铬、砷、汞等重金属和多氯联苯、二晤英、放射性元素等难降解的有毒有害物质，如果利用不当，极易造成二次污染。当前，处理污泥中的重金属方法主要有生物处理方法和非生物处理方法。前者成本较低，效果明显，但所用时间长，占地面积大，操作烦琐。而对于后者的研究目前已经引起了广泛的关注，国内外学者作了大量的研究工作。1污泥中的重金属赋存形态重金属的生物毒性不仅与其总量有关，而且在更大程度上由其分布形态所决定。关于重金属元素在污泥中的赋存形态研究，早在上个世纪70年代就已倍受科学家的关注。研究表明，不同原料、pH值、堆肥工艺过程及堆制时间等，对重金属形态分布的影响不同；采用不同的提取方法所得的重金属形态分布也不同。以七态分级法、五态分级法和三态分级法应用较多。Tessier等的五步提取法应用最为广泛。他们将固体颗粒物中的重金属分为五种形态：可交换的离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和残渣态。前三种形态稳定性差，易释放而影响环境，后两种形态则稳定性强。由于不同提取方法所得结果难以比较，欧共体标准测试分析委员会提出了一种三步提取法，简称BCR法，该方法非常适合于ICP分析。目前，对重金属元素形态的分析重点，是确定重金属元素的活性形态及其影响。2污泥中的重金属元素处理方法2．1电化学方法电化学方法可以有效地清除污泥中的重金属。基本做法是将电极插入土壤，加上直流电，以地下水或外加电解质作电解液。主要反应是阳极放氧和阴极放氢，重金属离子通过电迁移、对流和扩散的形式在土壤中运动，最后在阴极沉积而除去。目前，在重金属污泥处理中，应用较多的电化学方法主要是电修复技术。电修复技术的基本原理是，利用外加电场所导致的动电效应，驱动土壤及地下水中污染物沿电场方向作定向迁移。它可以打破所有的土壤一重金属键，使可迁移的重金属元素从阳极向阴极迁移，并在阴极室富集。富集的污染物可在电极区得到集中处理或分离。电化学方法由于其对现场环境影响小、处理周期短、效果明显等优点，可适合于不能改变现场环境的区域，如受污染区域有建筑物，对于质地均匀的粉土、粘土处理效果更为显著。但该方法还需不断完善，特别是在电极的结构材料、电极的选择性、电极的活化等方面有待进一步提高，而且能源消耗量大，电极材料消耗过多，当反应物浓度不高时，处理时间延长，电流效率降低。因此，在使用该方法时，应多注意与其他传统的化学、物理方法相结合，以对金属的处理和回收率达到最佳。2.2微波法微波技术是一种崭新的、极有潜质的样品消解技术。其工作原理与传统的加热方法不同，它不是利用热传导使试样从外部受热分解，而是用频率高达300MHz～300GHz的微波辐射，使样品内外同时加热，在不改变化学反应机理的基础上，达到高效快速消解的目的。使用此方法对重金属污泥进行加热，使重金属在污泥颗粒内解析而达到修复的目的。该技术常用于消解一些易挥发性的重金属，如汞或硒等，可以使它们保留在溶液中，防止挥发造成结果的偏差和对环境的污染。微波消解法具有消解快速、精度高、试剂消耗量少、节约能源、无尾气泄露、降低分析人员的劳动强度等优点。不足之处是依然置于电热板上加热赶酸，但加酸量少，且不加高氯酸，赶酸时间也明显缩短，基本干扰减少，可提高工作效率。2．3酸化法酸化法是采用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸和有机酸等化学试剂来溶出重金属的一种方法。黄铁矿和硫粉与两种底物配合可加速污泥中的重金属Zn、cu浸出，其去除率分别可达89．2％、56．5％，但该法操作烦琐，不利于批次运行。酸化处理虽然处理效果好、技术成熟、耗时短，但酸的耗费量大、费用昂贵，且污泥酸化速率可能会受到污泥种类、加硫量、污泥浓度和曝气强度的影响，酸化处理后的废液需要用大量的石灰来中和，易增加成本，并且易造成二次污染。2．4络合剂处理法络合剂可使难溶的金属化合物转化成可溶态的金属络合物予以去除。有机物料在分解时可生成有机酸，它们具有活性基团(如，COO一、一NH、一NH、一PO、一s一、一O一等)，极易作为配位体与重金属元素络合或螯合，从而影响重金属的有效性。用络合剂、表面活性剂来处理重金属污泥，其自身容易给环境带来影响，极易对地下水造成污染，所以必须选择易降解和无毒的络合剂，或表面活性剂来处理污泥中的重金属。2．5离子交换法离子交换法，是活性污泥所结合的金属离子被另一些结合能力更强的金属离子替代的一种方法。离子交换法常与其他方法联合使用，可以作为一种替代技术，常用作后续处理，用于从处理液中回收重金属，使得处理液能够继续使用，而且处理重金属离子后，离子交换树脂能再生，但该法处理成本偏高。2．6吸附法吸附法是对溶解态污染物的物理化学分离技术，主要利用固体吸附物的物理和化学吸附性能去除多种污染物。用吸附法处理重金属污泥效果较明显，但吸附材料常具有专一性，并且再生效率不高。2．7氨浸法氨浸法是用含氨的碳酸盐溶液作浸渍剂，使污泥中的Cu、Ni、Zn和Cd等金属形成可溶性的氨碳酸错盐而被浸渍到溶液中的一种技术。在一定的条件下，可使Cu、Ni、Zn错盐发生金属碳酸盐的解离沉淀，利用硫酸和有机溶剂可对金属离子进行回收。氨浸法操作方便，能够有选择地浸出，产品质量好，产值较高，并且基本不产生二次污染。但氨水浸渍速率较慢，且具有臭味，易使民众反感。3结语综合比较各种重金属污泥的非生物处理方法，酸化法、络合剂法、离子交换法等方法研究历史长，对污泥中的重金属去除效果显著。但它们的花费大，工程复杂，并且极易造成二次污染，甚至可能会导致土壤结构破坏、土壤生物活性下降和土壤肥力退化等问题。因此，仅适用于面积小、污程度轻的土壤修复。吸附法虽然在吸附重金属离子方面效果好，但不同的吸附材料对重金属离子的吸附具有选择性，且再生效率低，从而增加了处理成本。氨浸法能够较好地处理重金属污泥，但速度慢并伴有臭味，不易让人接受。电化学方法和微波消解法作为环境友好技术，见效快，效率高，操作简便且无二次污染，在实际操作过程中结合其他处理方法，效果更明显。但该方法在国内重金属污泥的处理中应用还不多，应加大研究力度。对于重金属污泥的处理，仅采用某单一方法可能无法达到满意的效果，为满足日益严格的环保要求，实现重金属污泥农用和重金属回收，应将几种方法集成起来，联合处理重金属污泥，扬长避短。但也不应当总是被动地去寻找补救方法，应该从问题的本身出发，限制重金属废水、污泥的随意排放，从根本上杜绝重金属污泥对环境的危害。