城镇污水处理厂污泥中重金属去除方法研究进展

Vol． 33，No． 2，2014
April 25th，2014
含量在酸性以及中性和碱性条件下均超标，2006 年 锌的含量在酸性条件下超标，接近中性和碱性条件 的控制标准； 1994 ～ 2001 年铜的含量在酸性条件下 超标，接近中性和碱性条件的控制标准，2006 年铜 的含量在酸性以及中性和碱性条件下均不超标。而 与控制标准适当放宽后的《城镇污水处理厂污染物
陈同斌等［4］和杨军等［5］调查有关 1994 ～ 2001 年和 2006 年城镇污泥重金属含量的平均值的结果 如表 1 所示。由表 1 可知与《农用污泥中污染物控 制标准》（ GB 4284—1984） 相比，1994 ～ 2001 年锌的
净水技术 WATEＲ PUＲIFICATION TECHNOLOGY
除方法进行了比较。通过比较可知，这四种方法的主要优势分别为去除效率高、适用范围广、操作简单、费用低廉。在分析这
些技术与方法各自特点的基础上，指出了这些去除方法各自存在的问题及其研究进展。
关键词 市政污泥 重金属 去除方法 研究进展
中图分类号： X703
文献标识码： B
文章编号： 1009-0177（ 2014） 02-0022-05
［收稿日期］ 2013 -09 -21 ［基金项 目］ 北 京 市 教 育 委 员 会 2013 年 度 科 技 计 划 重 点 项 目
（ KZ201310016017） ［作者简介］ 曹秀芹（ 1965— ） ，女，教授，硕士，研究方向为废水处
理理论与技术、污 泥 及 固 体 废 弃 物 减 量 与 资 源 化 技 术 等。电 话： 010-68322128； E-mail： caoxiuqin @ bucea． edu． cn。
1 450 1 058 500 1 000 2 000 3 000 1 500 3 000
486 219 250 500 800 1 500 500 1 500
注： A 级污泥允许施用的作物有蔬菜、粮食作物、油料作物、果树、饲料作物、纤维作物，且蔬菜和根茎类作物收获前 30 d 禁止施用； B 级污 泥允许施用的作物有油料作物、果树、饲料作物、纤维作物，而不允许给蔬菜和粮食作物施用
相关研究表 明［12］ 铬 是 一 种 具 有 生 物 积 累 性 和 毒性的化学物质，一旦释放到环境中，即使是很小的 量，也可能会对人体健康和环境产生长期的毒性影 响。而土壤中的铜、锌含量超过一定限度时，则会对
植物根部造成严重损坏，影响植物对水分和养分的 吸收，导致植物的不良生长甚至死亡［13］； 人体中的 铜过多，会导致血红蛋白变性，抑制呼吸作用，对人 体的新陈代谢造成影响，而且还有可能引发心血管 系统疾病［14］。因此，要想通过土地利用来解决城镇 污泥的处理处置与资源化问题，如何有效地去除污 泥中的重金属依然是关键。
近年来，随着我国环境污染管理制度和法规的 完善实施，以及采用了更加严格的工业污水排放标 准和更加有效的污水处理技术，使得我国城镇污水 处理厂 排 放 的 污 泥 中 重 金 属 的 含 量 得 到 了 有 效 控制。
尽管全国污泥重金属含量的平均值符合国家标 准，但并不代表所有城镇污水处理厂的污泥重金属 含量都能符合国家标准。根据最近几年的调查研究 结果可知，很多污水处理厂依然存在污泥重金属超 标严重的情况。如 2005 年江苏省某污水处理厂污 泥中铜的含量为 13 689 mg / kg［9］，为城镇污水处理 厂污染物排放标准 （ GB 18918—2002 ） 中性和碱性 控制标准的 9 倍多； 2009 年贵州省某污水处理厂污 泥中锌的含量为 9 163 mg / kg［10］，为城镇污水处理厂 污染物排放标准（ GB 18918—2002） 中性和碱性控 制标准的 3 倍多； 2009 年长江三角洲地区某污水处 理厂污泥中铬的含量为 3 447 mg / kg［11］，为城镇污水 处理厂污染物排放标准（ GB 18918—2002） 中性和 碱性控制标准的 3 倍多。
2 重金属的去除方法分析
目前，很多学者在城镇污泥重金属去除方面进 行了研究探讨，涌现出许多新的技术和方法，主要包 括动 电 技 术、生 物 沥 滤 法、化 学 浸 提 法 和 植 物 提 取法。
2． 1 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［15］。
排放标准》（ GB 18918—2002） 中的污泥农用时污染 物控制标准限值相比，1994 ～ 2001 年和 2006 年各 种重金属的含量均不超标。若与 2009 年我国住房 和城乡建设部发布的《城镇污水处理厂污泥处置农 用泥质》（ CJ / T 309—2009 ） 相比，1994 ～ 2001 年和 2006 年各种重金属的含量同样不超标。
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1 污泥的处理处置与重金属现状
污泥的处置途径通常有卫生填埋、焚烧处理、土 地利用等。近年来，世界各国在污泥处理处置方面 的发展趋势是减少卫生填埋、适度发展焚烧处理、大 力推进污泥土地利用等。城镇污泥中含有大量的有 机质以及丰富的氮、磷等植物性营养元素，是污泥资 源化利用的主要因素，但是不同地区污水处理厂的 污泥中还可能含有易于富集并对环境危害较大的重 金属，这是污泥资源化利用的一个障碍［5，6］。
全国平均值（ 1994 ～ 2001 年）
全国平均值（ 2006 年）
GB 4284— 1984
pH ＜ 6． 5 pH≥6． 5
GB 18918— 2002
pH ＜ 6． 5 pH≥6． 5
CJ / T 309— 2009
A 级污泥 B 级污泥
2． 97 2． 01
5 20 5 20 3 15
2． 84 2． 13
控制项目
表 1 全国污泥重金属含量的平均值与国家标准 Tab． 1 Average Value and National Standards of Heavy Metals Content in Sludge
Cd
Hg
Pb
Cr
As
Ni
Zn
Cu
/ （ mg·kg －1 ） / （ mg·kg －1 ） / （ mg·kg －1 ） / （ mg·kg －1 ） / （ mg·kg －1 ） / （ mg·kg －1 ） / （ mg·kg －1 ） / （ mg·kg －1 ）
5 15 5 15 3 15
131 72． 3 300 1 000 300 1 000 300 1 000
185 93． 1 600 1 000 600 1 000 500 1 000
16． 1 20． 2
75 75 75 75 30 75
77． 5 48． 7 100 200 100 200 100 200
阳极 陶 土 外 罩 法、Lasagna TM 技 术、电 吸 附 技 术 等［17］。从已有的 文 献 中 可 知 经 过 探 索 性 的 试 验 研 究，可以确定利用动电技术去除城镇污泥中的重金 属是可行的，但是目前的研究仍处于试验阶段。
城镇污泥中重金属去除效率的一个主要影响因 素是重金属 的 赋 存 形 态［17，18］。 袁 华 山 等［19］ 的 研 究 结果表明污泥经动电作用 5 d 后，对 Cd、Zn 的总去 除率分别为 64． 50 % 和 65． 02 % ，其中对易被植物 吸收的非稳定态去除效果尤为明显，去除率分别高 达 68． 60 % 和 75． 73 % 。由此可见若污泥中稳定态 重金属所占比例较大，采用动电技术进行处理必然 不能取得理想的效果。污泥中重金属的赋存形态主 要取决于 pH，与此同时 pH 还显著影响着电 渗 速 度，因此动电技术的关键是将介质的 pH 控制在合 适的范围。Wang 等［20］研究了动电技术对污泥中重 金属的去除效果，结果发现 pH 为 2． 0 时，经处理后 污泥中重金属的含量符合农业利用的限值，Zn、Cu、 Ni、Cr、As 和 Pb 等重金属的去除 率 分 别 为 95 % 、 96 % 、90 % 、68 % 、31 % 和 19 % 。动电技术去除污 泥中重金属时所控制的主要技术参数为电流和电 压。试验证明［21］ 采 用 动 电 技 术 去 除 污 泥 中 的 重 金 属时，一般将电流密度控制在 10 ～ 100 mA / cm2 ，电 压梯度约在 0． 5 ～ 5 V / cm 可取得最高的重金属去除 效率。在实际应用中，还需根据工程的具体情况来 确定处理装置具体的电流和电压的大小。
污泥是城镇污水处理厂在处理城镇生活污水与 工业废水过程中所产生的废弃物，其主要组成是多 种微生物形成的菌胶团以及在污水处理过程中菌胶 团所吸附的 有 机 物 与 无 机 物［1］。 随 着 我 国 城 镇 化 进程的日益加快和对污水处理水质要求的不断提 高，作为污水处理厂的副产物———污泥的产量不断 增加，同时污泥处理处置技术也面临新的挑战［2-4］。
Abstract The heavy metal in the sewage sludge of municipal wastewater treatment plant is one of potential hazards to resource utilization of sludge． Therefore，how to effectively remove is a current problem to be solved quickly． Based on the present situation of heavy metals from the sewage sludge in China，the removal methods of heavy metals，such as electro-kinetic technology，bioleaching， chemical extraction and phyto extraction were compared． Through comparison，it is known that the main advantages of these four methods are high removal efficiency，wide range of applications，simple operation and low cost，respectively． The characteristics of each of these techniques and methods were fully analyzed，and the problems and research progress of these removal methods were pointed out． Keywords sewage sludge heavy metal removal method research progress