DOC《Fenton预处理对城市污泥重金属形态及生物淋滤溶出影响》

bioleaching;

Fenton oxidation;

heavy metals speciation 城市污泥是生物废水处理过程中的必然产物.据最近资料统计,我国污水厂污泥产量已超过4 000*104 t(含水率80%计)[1].污泥含有大量的氮、磷和钾等营养成分,经过适当处理后可以作为肥料用于土地[2],但是污泥中重金属的存在很大程度上限制了污泥土地利用[3]. 污泥中重金属的处理方法主要包括化学处理法[4]、动电修复技术[5]、稳定化技术[6]和生物淋滤法[7]等.生物淋滤技术可以利用氧化亚铁硫杆菌[8]的直接或间接作用,进行生物氧化、还原反应,将固相中的重金属分离浸提出来[9],因其成本低、操作简单、环境友好等优势受到广泛关注[10-11].然而,生物淋滤技术对部分重金属的去除率较低,这是由于生物淋滤对污泥中重金属的溶出效率与重金属在污泥中的化学存在形态相关[12].QUEVAUVILLER等[13]根据欧共体标准物质局(European Community Bureau of Reference, BCR)顺序提取法,将重金属形态分为4类,弱酸提取态(acid extractable state)、可还原态(reducible state)、可氧化态(oxidized state)和残渣态(residual state).对于主要以可氧化态和残渣态存在的重金属而言,生物淋滤效果一般.有研究[14]表明,多以弱酸提取态和可还原态存在的重金属受pH影响较大,多以可氧化态和残渣态存在的重金属受pH影响较小.康得军等[15]指出主要以不稳定态(弱酸提取态和可还原态)存在的重金属易被溶出,如锌(Zn),铜(Cu),镉(Cd),镍(Ni)等;

而主要以稳定态(氧化态和残渣态)存在的重金属则不易被溶出,如铬(Cr),铅(Pb),砷(As)等.豆艳霞等[12]利用生物淋滤法处理污泥,发现重金属去除效果顺序为Zn>

Cu>

Cr>

Pb.因此,为了改善多以稳定态存在的重金属溶出效果,可在生物淋滤实验前对污泥进行预处理.相关研究[16]指出,污泥热解法会使重金属在热解污泥残渣中有不同程度的富集,且存在形态比在原泥中更加稳定;

污泥臭氧氧化法处理可以显著提升弱酸提取态重金属在经臭氧处理后的污泥中的比重[17];

而Fenton氧化法虽然对多以稳定态存在的重金属如Pb和Cr的去除效果欠佳[18],但是Fenton氧化法既能提高污泥中弱酸提取态重金属的比重,又能酸化污泥[19-20].针对Fenton预氧化法联用生物淋滤法去除污泥重金属的研究较少,使用Fenton预氧化可提高高含固率污泥中稳定性较强重金属的溶出率,缩短生物淋滤的反应时间. 本研究采用Fenton预氧化法联用生物淋滤法对污泥进行处理,针对主要以稳定态(可氧化态和残渣态)存在的3种重金属Cr、As和Pd,探讨Fenton处理前后其形态迁移变化及对重金属溶出率的影响. 1实验材料及方法 1.1 实验用污泥 本研究所用污泥均取自天津市某污泥处理厂浓缩池,经30目0.60 mm标准方孔筛筛去污泥中较大颗粒物和杂质后,储存于4 ℃的冰箱待用.实验所用污泥基本性质如表1所示,污泥中重金属形态比例分布如图1所示. 表1 实验用污泥基本参数 Table

1 Basic parameters of experimental sewage sludge TS/(g・L-1) VS/(g・L-1) 含固率/% pH Cr/(mg・kg-1) As/(mg・kg-1) Pb/(mg・kg-1) 40.86 20.63

4 6.8 566.6 32.03

78 图1 重金属 Cr、As和Pb的形态比例分布 Fig.1 Distribution of heavy metals Cr, As and Pb 1.2 实验用菌液培养 本研究所用氧化亚铁硫杆菌来源于天津市某污泥处理厂浓缩池污泥,经9K培养基[21]富集、纯化所得.取10 mL污泥于300 mL已灭菌9K液体培养基中,在32 ℃、125 r・min-1恒温振荡培养器中培养,直至培养液颜色变为红棕色且氧化还原电位(ORP)大于500 mV;