城市污泥中重金属的处理及污泥资源化利用现状

城市污泥中重金属的处理及污泥资源化利用现状
摘 要：随着我国居民生活水平的提高和城市经济的发展，我国城镇污水处理设备
的建设不断加强。在大规模的处理污水后，城市污泥中重金属的处理成为了污泥再次利用的
主要问题。该文综述了城市污泥中重金属的形态分布及特点，并介绍了当前我国处理城市污
泥重金属主要技术及其优缺点，最后对污泥处理技术及污泥应用进行了展望。
关键词：城市污泥；重金属；处理技术
在城镇污水处理过程中，活性污泥作为吸收污染物的载体而被大量使用。截至20
16年3月底，我国城镇共计建成污水处理厂3910座，污水处理能力约1.67亿t/d[1]。
在污水处理过程中会产成大量的污泥堆积，这些污泥如果得不到及时有效的处理，将会给环
境带来严峻的污染问题[2]。目前对城市污泥的有效处理方法主要有填埋、焚烧、投海和农
用，而填埋、焚烧和投海都会不同程度的再次带来环境污染问题[3]。由于城市污泥含有大
量可以作为肥料的生物化合物和有机质，可以提高土壤的肥力[4]，污泥堆肥是目前研究的
热门方向之一，也是城市污泥最有前景的处理方式之一，但其中的重金属污染难以去除[5-
6]，是污泥堆肥最主要的障碍。
1 城市污泥中重金属含量和种类
由于我国地幅广阔，且城市污泥的来源和种类均有所不同，所以�е鲁鞘形勰嘀兄
亟鹗艉�量和种类差异较为明显。郭广慧等[7]统计了近8年的国内外文献报道的中国城市
污泥重金属含量，结果表明，主要的超标金属有As、Hg、Cu、Cr、Zn、Cd、Ni和Pb，
且不同金属在不同区域超标量有一定差异。邓炳波等[8]对合肥市5家污水处理厂中重金属
进行了分析，结果表明，各污水处理厂污泥重金属浓度各异，其中部分污水处理厂污泥中A
s、Cd超出农用泥质A级标准，但测得各污水处理厂污泥中各重金属浓度均低于GB/T 23
486-2009限值。林荣科等[9]对广西城镇污水处理厂污泥中重金属进行了分析，结果表明
As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量均满足CJ/T309-2009《城镇污水处理厂污泥处
置农用泥质标准》的B级标准，可施用于相应农作物。刘亚纳等[10]研究了洛阳市3个污
水处理厂污泥中Cu、Zn、Ni、Cr和Pb的含量，结果表明仅有1个污水处理厂污泥中Cu、
Zn和Ni含量超过了农用泥质A级标准的限值（CJ/T309-2009）。张亚婧[11]选取了2
9个污泥样品对Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn进行了分析，结果表明不同的污泥
样品具有较大的变化范围。王涛[12]汇总并分析了国内90个污水处理厂的污泥泥质数据，
结果表明城镇污水处理厂的污泥泥质总体上是适合土地利用的，重金属风险由大到小排序
为：Hg、Ni、Cd、Zn、Cu、Cr、Pb、As、B。古丽戈娜等[13]对喀什污水处理厂污泥重
金属进行了分析，结果表明，污泥中Cd的含量较高，超出中国酸性土壤的农用标准，而P
b含量未超出农用标准范围。王哲等[14]对包头市污水处理厂污泥重金属进行了分析，结
果表明Zn、Cu、Cr、Pb、Mn 5种重金属均为低潜在生态风险，所以污泥经过适当处理
可以比较安全地用于园林绿化当中。白莉萍等[15]对北京地区不同污水处理厂堆肥污泥的
营养元素含量变化和重金属含量状况进行了研究，结果表明，A、B型堆肥污泥的重金属含
量因污泥来源和年份而异。张丽丽等[16]对我国近30年来城市污水处理厂污泥中重金属分
布特征和年代变化规律进行了分析，结果表明，近30年来城市污水处理厂污泥中Cd、Pb、
Cr、As、Hg、Cu、Ni、Zn平均值或中位值虽然符合GB18918-2002《城镇污水处理厂
污染物排放标准》中污泥农用时重金属控制标准限值，但数据离散且呈偏态分布，所以其中
部分污泥的Cu、Zn、Cr、Hg、Ni和Cd的含量依然超标，其中Ni、Hg和Cd超标倍数
相对最高。
2 城市污泥中重金属的形态
重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大程度上由其形态分布所决定[17]。关于
重金属的形态分级，还没有统一的定义方法，目前重金属形态分级采用最广泛的方法是Te
ssier等[18]提出的可交换态、铁-锰氧化物结合态、碳酸盐结合态、有机物结合态和残渣
态5种形态。不同形态的重金属迁移能力有所不同，具体表现为：可交换态>碳酸盐结合态>
铁锰氧化态>有机物结合态，残渣态比较稳定，几乎不迁移[19]。重金属的生物利用率与其
迁移能力正相关，碳酸盐结合态和可交换态等迁移能力强、生物利用率高的形态称为有效态。
有机结合态和铁锰氧化态迁移能力较弱，称为潜在有效态，但较容易转变为有效态。残渣态
由于稳定性很强，生物利用率极低，所以又称为不可利用态[3]。Beata Janowska等[20]
对污泥中Hg的形态进行了分析，结果表明虽然污泥中总Hg的浓度较高，但是其有效态含
量不到总量的0.4%。邓炳波等[8]对合肥5个污水处理厂的污泥重金属形态进行了分析，
结果表明不同污泥样品中各重金属元素形态分布呈现出不同规律，Cr、Cu和Pb较稳定，
生物利用率较低；As的稳定性相对较差，生物利用率相对较高；Zn在污泥中稳定性最差，
生物利用率最高；而Cd在不同污泥样品中的形态分布差异较大。Braga等[21]研究了6
个污水处理厂污泥重金属形态与发酵产甲烷活性的关系，结果表明，Se、Zn、Ni和Fe在
全部样品中均主要以有机物和硫化物形式存在，生物利用率很低；而Co和K主要以可交换
态和碳酸盐态形式存在，生物利用率较高；而总Cr和总Pb的浓度很低，不会影响产甲烷
活性。吴小卉等[22]利用SBR对城市污泥进行了生物沥滤，结果表明在生物沥滤后，污泥
中Zn和Cu均以残渣态存在。邱明芳[23]对29个城市的污水处理厂的污泥中Hg、Cr和
As的形态进行了分析，结果表明污泥中的Hg 97%以上以残渣态存在，Cr和As存在的形
态差别较大，但有效态比例均不足重金属全量的10%。
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