浸提时间对城市污泥重金属浸出特性的影响

李伟新

（广东省矿产应用研究所，广东 韶关512026）

在污水处理的过程中，通过细菌吸收、矿物颗粒表面吸附、化学过程沉淀等多种途径，50%以上的重金属会被浓缩在污水污泥中[1]，若产生的大量污泥未能获得良好的安全处理处置，必然会对环境造成严重的二次污染[2]。目前，国内外已对污泥中重金属总含量进行了较多的检测，并制定了相关的污泥利用控制标准，但没有对污泥中重金属浸出和释放进行长时间的有效监测。浸出毒性实验可有效地模拟污泥在外界不同环境条件作用下重金属的释放和迁移规律，因此污泥中重金属的浸出毒性及淋溶特性等成为了研究的热点[3-6]。本文采取了广州市某大型污水处理厂的脱水污泥，对污泥中Zn、Cu、Pb、Cr、Mn、Ni的含量和浸出状况进行了试验模拟，并探讨了浸提时间对污泥中重金属浸出规律的影响。本研究对广州市污水污泥中重金属的潜在浸出能力评价及污泥科学的处理处置等具有重要的理论价值。

1 材料与方法

1.1 污泥采集和样品制备

实验中所用的污泥取自广州某大型污水处理厂 （代号为DGTZS），处理规模60.66×104m3/d，其中进水中工业废水所占比例40%，所用的工艺为活性污泥2级深度处理，目前的污泥主要处置方式是外运进行卫生填埋。污泥取回后自然晾干，用玛瑙研钵研磨，混匀，备用。

1.2 测定污泥常规项目

采用《土壤农业化学分析方法》[7]及CJ/T221—2005《城市污水处理厂污泥检验方法》[8]常规分析方法测定样品的理化性质参数。测定结果表明，污泥的含水率84%，pH值6.84，有机质38.1%，总氮3.21%，总磷1.19%。

1.3 污泥中重金属的浸出实验

污泥样品中重金属的浸出实验按照GB5086.2—1997《固体废物浸出毒性的浸出方法》[9]进行。称取污泥样品2.0g，置于容积250mL的聚乙烯瓶内，以泥水比1∶10（m/V）比例加入超纯水（pH＝6.7±0.2）作为浸提剂，置入水浴恒温振荡器（110±2r/min），在室温下振荡浸取8h，然后静止16h后取出，在预先安装好滤膜0.45μm的过滤装置过滤，收集全部滤液即为浸出液，在4℃下保存待测。

为了考察污泥中重金属的释放规律，对不同时间的浸出含量进行了分析测定。 ①浸出时间设置为：1，2，4，8，16，24h；②每个样品设置3个平行样，取平均值作为实验结果。

2 结果与分析

2.1 城市污泥中重金属污染状况

表1可以看出，污泥中最高的是Mn，含量达到1152mg/kg，其次为Zn，含量987mg/kg，Cu和Ni的含量处于中等地位，而毒性较大的Pb和Cr含量较低，这与我国其他城市污泥统计结果一致[10]。Mn和Zn含量较高的主要原因是由于进水中工业废水占有40%的比例，另外我国城市中排水管道大多采用了镀锌材料。与中国城市污泥平均值相对比，可以看出Mn和Zn的含量高于全国水平，而Cu、Pb、Ni等重金属低于全国水平。总体来看，污水污泥中金属基本控制在我国农用污泥中污染物控制标准内，但都比珠江三角洲农田土壤平均值高。单从金属总量来看，广州市污水厂的城市污泥可以农用，这并不意味着城市污泥可随意施入农田。污泥中重金属的含量受到污水来源、污水组成、污水处理工艺和水平及污泥处理技术等多种因素的综合影响。

表1 城市污泥中重金属含量（干重）及农用污泥中的控制标准值

2.2 浸出特征

表2可以看出，按照GB5086.2—1997《固体废物浸出毒性的浸出方法》[9]进行提取8h时，Fe的浸出液浓度最高，达到7.99mg/L；其次是Mn，达到2.5mg/L；而Ni、Zn、Cu含量相对较低，分别为1.01，0.397，0.099mg/L；从高到低的顺序是Fe＞Mn＞Ni＞Zn＞Cu。本次分析的污泥中重金属总量按大小顺序是Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Ni，这与污泥的浸出量顺序并不一致，主要原因是各种污泥条件的联合作用、不同污染物与污泥条件交互作用、不同污染物之间交互作用的结果。

表2 不同浸提时间对污水污泥中金属的浸出量

单一元素在不同浸提时间范围，也有不同的浸出特征。由图2可以看出，Zn在1h、2h、4h、8h的浸出量有增加的趋势，在8～16h浸出量逐渐减小，而在16～24h浸出量有增加的趋势；Cu的浸出规律与Zn相似，也是在8h时达到峰值，但Cu在4h浸出量又有降低；Fe和Mn有相似的浸出规律，在前4h内随着浸提时间的增加而浸出量逐渐减少，在8～24h浸出量逐渐增加，并且Fe的浸出速率比Mn高；Ni的浸出比较有规律，在0～8h出量逐渐增加，在8h处达到峰值，而在8～24h浸出量又逐渐减小。

图1 浸提时间对污泥中重金属浸出的影响

由图1说明污泥中Zn、Ni、Cu金属在8h时有最大浸出量，Fe和Mn的浸出量随震荡时间增加而增加。出现这种变化规律可能由于金属在浸提过程中的吸附—解吸附有关。例如Cu和Zn在前8h浸出量增加可能由于这两种金属以弱吸附态形式与污泥结合的那部分金属离子迅速解吸而释放到水溶液中造成的；Fe和Mn浸出量增加可能由于部分活性较强的离子在离子交换作用及与可溶性有机物的络合等作用下而释放到水溶液中造成的；出现浸出量减小可能与释放到水溶液中的重金属离子又重新吸附到污泥颗粒表面有关；污泥中重金属在水溶液中的浸出是一个非常复杂的物理、化学及微生物的综合作用过程，使其保持“释放—解吸—再释放”的动态平衡过程。

由图1中Ni的浸出浓度的变化可见，整个过程中Ni的浓度有明显变化，其原因可能是吸附—解吸（释放）的动态平衡作用。同时，图1中也可以看出同一种污泥中不同重金属的再吸附性也有较大差异，可能由其自身的物理化学性质决定。

3 结语

（1）污泥中Mn和Zn含量较高，其次为Cu和Ni，而毒性较大的Pb和Cr含量较低；污水污泥中重金属含量基本控制在我国农用污泥中污染物标准内，但都比珠三角农田土壤平均值高。

（2）不同重金属达到最高浸出含量所需的时间也有较大差异，其中污泥中的Zn、Cu、Ni最大浸出量在8h时，而Fe和Mn含量随着浸提时间增加而增加；浸提时间对污泥中重金属浸出的影响因重金属的物理化学性质不同而存在较大差异，这可能与浸提过程中的吸附—解吸过程、络合—解离过程和溶解—沉淀—共沉淀等因素有关。

［1］周立祥，沈其荣，陈同斌，等.重金属及养分元素在城市污泥主要成分中的分配及其化学形态［J］.环境科学学报，2000，20（3）：269－274.

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［3］Vanni A，Gennaro M，Petruzzelli G， et al.Leachability of heavy metals in municipal sludge particilate［J］.Environmental Technology，1994（15）：71－78.

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［5］朱萍，李晓晨，马海涛，等.污泥中重金属形态分布与可浸出性的相关性研究［J］.河海大学学报（自然科学版）， 2007， 35（2）： 121－124.

［6］刘清，王子健，汤鸿宵.重金属形态与生物毒性及其生物有效性关系的研究进展［J］.环境科学， 1996， 17（1）： 89－92.

［7］鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京：中国农业出版社，2000.

［8］CJ/T221—2005，城市污水处理厂污泥检验方法［S］.

［9］GB5086.2—1997，固体废物浸出毒性的浸出方法［S］.

［10］陈同斌，黄启飞，高 定，等.中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势［J］.环境科学学报， 2003， 23（5）：561－569.

［11］Wong S C， Li X D，Zhang G， et al.Heavy metals in agricultural soils of the Pearl River Delta， South China［J］.Environ.Envir.Pollut.， 2002（119）：33－44.

［12］GB4284—1984，农用污泥中污染物控制标准［S］.