朱 霞

(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059)

引言

含礦污泥是溶礦水處理過程中產(chǎn)生的固體沉淀物，污泥中含有的重金屬離子等有害成分進(jìn)入環(huán)境中會對環(huán)境造成破壞，還會阻礙污泥的資源化利用[1]，部分重金屬離子進(jìn)入河流被魚蝦吸收，最終進(jìn)入人體，會對人體健康造成影響[2]。因此，去除含礦污泥中的重金屬離子，研究含礦污泥的處置技術(shù)，達(dá)到“減量化、資源化、穩(wěn)定化、無害化”[3]，對環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。本文對污泥的一般處置技術(shù)和重金屬離子的處理方法進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的含礦污泥的處置技術(shù)建議。

1 污泥一般處置技術(shù)

我國目前污泥的處置技術(shù)一般采用填埋、焚燒或建材利用等處置方式，當(dāng)污泥含有有益成分時，可進(jìn)行資源化利用，如土地利用等。

衛(wèi)生填埋是將污泥運(yùn)至垃圾填埋場與垃圾混合進(jìn)行無害化填埋，是一項比較成熟的污泥處理技術(shù)。目前，我國對污泥的處置技術(shù)主要采用衛(wèi)生填埋的方法[4]；國外過去采用填埋方法較多，目前由于場地的限制，填埋的處置技術(shù)在發(fā)達(dá)國家的占比在逐漸減小[5]。

污泥焚燒主要原理是通過焚燒爐焚燒，使污泥完全礦化為少量灰燼。目前國外使用較多的是鼓泡流化床[6]，國內(nèi)則試制了循環(huán)流化床鍋爐[7]，但易產(chǎn)生大量飛灰，造成粉塵超標(biāo)排放。

污泥土地利用是污泥資源化利用的一種，是目前污泥處置技術(shù)中最具有發(fā)展?jié)摿Φ睦梅绞?。主要是將處理后的污泥作為肥料用于園林、農(nóng)業(yè)，除此之外，也可作為土地改良的材料。目前，國外土地利用在污泥處置技術(shù)中占比較大，最高達(dá)80%，國內(nèi)污泥土地利用僅占10%[8]。其中，污泥堆肥處理是污泥處理方式中的最優(yōu)處置技術(shù)，堆肥工藝有高溫好氧發(fā)酵處理技術(shù)等[9]。

污泥建材利用是將處理后的污泥作為部分原料應(yīng)用于水泥、活性炭、陶粒和制磚等。目前，污泥的建材利用技術(shù)已基本成熟，具有較好的應(yīng)用前景。在污泥建材利用方面，世界范圍內(nèi)，日本是最重視的國家，德國、美國等也在建材利用方面進(jìn)行了大量研究并加以推廣，我國在原料中添加脫水污泥制造陶粒也有較大規(guī)模的應(yīng)用研究[10]。衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、污泥堆肥和建材利用的適用范圍及優(yōu)缺點對比見表1。

表1 污泥的一般處置方法對比

2 重金屬離子的處理

含礦污泥中含有大量的Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等重金屬離子，會對環(huán)境造成破壞，進(jìn)入人體會對人體健康產(chǎn)生極大危害，也會影響污泥土地利用。所以，研究污泥中的重金屬離子處理方法具有重要的意義。

目前有效的重金屬污泥處理方法有2種。去除污泥中的重金屬，包括非生物處理方法(物理、化學(xué))和生物處理方法。前者成本較低，效果明顯，但所用時間長，占地面積大，操作繁瑣，所以非生物處理方法的研究目前引起了廣泛關(guān)注；鈍化污泥中的重金屬，減少其在環(huán)境中的遷移，即污泥穩(wěn)定化處理。

2.1 重金屬處理方法

2.1.1 生物淋濾法

生物淋濾法是利用微生物的作用使重金屬發(fā)生氧化、還原、溶解和絡(luò)合作用，將其浸提分離去除，是污泥處理的主流工藝之一，常用的微生物是氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌。Cho等[11]用氧化亞鐵硫桿菌試驗，溶出了Cr、Cu、Zn和Ni等，結(jié)果表明，Cu、Cr的溶出率為82%和65%；朱南文[12]研究結(jié)果表明，重金屬在硫桿菌作用下Zn、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb溶出率為80.3%、77.7%、71.6%、54.1%、38.5%和26.4%。

2.1.2 電動修復(fù)技術(shù)

電動修復(fù)技術(shù)是指在電場力作用下，以電遷移、電滲流的方式去除污泥中的重金屬。電動修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用方面，周邦智[13]的研究結(jié)果表明，Zn、Pb、Cu的去除率分別為100%、75.2%、29.1%。電動修復(fù)的主要影響因素有電壓梯度、電流密度、電解質(zhì)濃度、污泥pH和電極材料，電動修復(fù)去除重金屬能源消耗大，電解質(zhì)濃度不高時，電流效率低。因此，電動修復(fù)技術(shù)應(yīng)多與其它物理、化學(xué)方法結(jié)合，當(dāng)前的研究熱點是螯合劑或表面活性劑協(xié)同電動反應(yīng)。

2.1.3 微波法

微波法的主要原理是加快去除重金屬的反應(yīng)速度，縮短時間，提高效率。薛臘梅等試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微波功率、輻射時間為900W、10min時，EDDS對Pb、Zn、Cd的去除率分別為89%、71%、29%，相較于未引入微波時各重金屬的最高去除效率分別提高26%、33%、8%，時間從6h縮短至10min[14]。

2.1.4 化學(xué)淋濾法

化學(xué)淋濾法是通過化學(xué)試劑淋洗，將重金屬離子浸提至液相，從而達(dá)到去除目的。常用的試劑有無機(jī)酸(HNO3、HCl、H2SO4)、有機(jī)酸(FeCl3、CaCl2、NaNO3)、 螯合劑(EDTA、EDDS、PESA、PASP、Na2EDTA、IDS、GLDA)和一些生物表面活性劑(膽酸鈉、α-淀粉酶、槐糖脂、鼠李糖脂、茶皂素)等。目前國內(nèi)外化學(xué)法的研究熱點是發(fā)掘綠色環(huán)保的新型生物可降解螯合劑。Bassi等用檸檬酸去除重金屬離子，試驗結(jié)果表明，Cd、Pb、Zn、Cu的浸出率分別達(dá)到100%、84%、50%、40%[15]。

2.1.5 吸附法

吸附法主要是去除污泥中的重金屬離子。通過固體吸附物本身具有的物理、化學(xué)吸附性能來吸附污泥中的重金屬離子，達(dá)到去除效果。常用細(xì)菌、霉菌、酵母菌、藻類和有機(jī)物吸附金屬離子。Kosobucki等研究表明，粒徑0.7～1.0mm的天然沸石對污泥重金屬的吸附效果最好[16]；Klimmek等研究了藻類對重金屬的吸附情況，結(jié)果表明，藍(lán)藻對Pb、Cd、Ni、Zn等重金屬離子的吸附量最高[17]。因此，藻類吸附重金屬效果好、成本低，具有廣闊的發(fā)展前景。

2.2 重金屬的穩(wěn)定化處理

穩(wěn)定化法主要是通過添加穩(wěn)定劑降低重金屬的遷移性和生物有效性，達(dá)到降低重金屬對環(huán)境危害的目的。常用穩(wěn)定劑有堿性物(石灰、粉煤灰等)、硫化物(Na2S、硫、FeS、硫酸銨、硫酸鐵等)、鹽類(磷酸鹽、硅酸鹽、腐殖質(zhì)等)。曹仲宏等研究表明，生石灰、粉煤灰和黏土3種添加劑均有利于Cr和Cd向穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)化，其中粉煤灰對Cr向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化的促進(jìn)作用最明顯，而黏土對Cd的穩(wěn)定作用最強(qiáng)[18]。在穩(wěn)定化處理含礦污泥的過程中，污泥中含有的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素沒有被鈍化，后期可以將污泥進(jìn)行土地利用處置，所以穩(wěn)定化法的實際應(yīng)用較廣泛。但由于穩(wěn)定化的重金屬離子有一定的穩(wěn)定時效，無法徹底清除重金屬對環(huán)境的危害，且極易造成二次污染，所以使用穩(wěn)定化法處理重金屬需慎重。

2.3 適用性分析

上述幾種處理重金屬離子方法中，生物淋濾法、電動修復(fù)技術(shù)、微波法、化學(xué)淋濾法和吸附法均能有效去除含礦污泥中的重金屬離子，重金屬的穩(wěn)定化處理也能有效減少重金屬的生物有效性，但均有一定的局限性。各方法優(yōu)缺點見表2。

表2 重金屬離子處理方法對比

不同處理方法有一定的適用性和局限性，根據(jù)表2對比分析處理方法的優(yōu)缺點，選擇適當(dāng)?shù)姆绞教幚砗V污泥的重金屬離子。

3 結(jié)論

根據(jù)含礦污泥中含有的重金屬離子，結(jié)合不同的處理方法對重金屬離子的去除效果，選擇適當(dāng)?shù)姆椒?，對污泥進(jìn)行重金屬離子去除處理，使污泥無害化、資源化。同時，分析污泥特性，選擇污泥處置技術(shù)，對污泥進(jìn)行資源最大化處理。但分析表明，重金屬離子去除方法均有一定的局限性，易對環(huán)境造成二次污染，還需進(jìn)行深入研究，盡可能減小對環(huán)境的影響。