城市污水處理工藝設計-資料下載頁

　　

【正文】 六章 污泥中重金屬去除方法研究展望1 研究意義隨著工業迅速發展,城市和郊區人口急劇膨脹,我國的廢水排放量日益增多,污泥的產出量也迅速增加。據國家環保局資料,1999年到2011 年,我國城市污水處理廠的數量增加了347座,現有污水處理廠約427座,。污泥中除含有豐富的有機物質和礦質養分外,還含有一些難降解的有機物、病原菌、寄生蟲卵及重金屬等有毒有害物質,如處理不當極易造成二次污染。隨著污泥數量的增加,污泥再利用以及其中重金屬等有害物質的環境污染問題已成為世人廣泛關注的熱點。因此, 如何避免二次污染、妥善、經濟地處置或利用污泥是一個值得研究的課題。20世紀90年代以來,世界各國污泥處置的發展趨勢是棄用投海、地下填埋、焚燒、污泥材料化利用和農業利用,前幾種方式由于場地限制、費用昂貴和造成二次污染等原因而難以為繼或被禁止,而農業利用則日趨廣泛,英國、美國、瑞士和荷蘭等國家城市污泥的農業利用率達50%以上。污泥中含有豐富的有機質和植物生長所需的氮、磷和鉀等營養物質,經過無害化處理的污泥能夠改良土壤結構,提高土壤肥力,促進作物的生長,而且城市污泥與肥料混施更能起到培肥效果。因此,農業利用是城市污泥處置中的一種經濟有效的出路。但是城市污泥含有大量的有毒有害物質及各種病源微生物等尤其是一些毒性極強的重金屬元素,一旦進人土壤,并在土壤中累積、遷移以及通過生物傳遞作用而對整個生態環境產生危害,威脅人們的身體健康。發生在日本的由汞污染引起的“水誤病”和由錫污染引起的“骨痛病”事件就是見證。雖然隨著我國對污水排放重金屬指標的嚴格控制,污泥中重金屬含量呈下降趨勢,但這并不意味著我國城市污泥直接農用不會導致重金屬污染。大量研究表明長期使用污泥可導致重金屬在土壤中富集,富集的重金屬可在土層中發生遷移,既有可能污染地下水資源,又可被植物吸收富集,進而通過食物鏈危及人體健康。因此,如何對城市污泥,進行預處理以有效降低其中的重金屬含量已成為污泥能否大量農業利用的關鍵。2 國內外研究現狀早期的有關國內外城市污泥中重金屬處理研究方面, 主要集中在重金屬的穩定化方面, 但這種方法并不能降低污泥中重金屬的總體含量。后來又有了污泥中重金屬的去除技術, 主要包括, 這種方法能從總量上減少重金屬的含量。前者主要包括物理穩定 后者主要包括：化學淋濾、生物方法、電化學方法。下面就上述幾種技術的原理、優缺點及應用狀況做一簡述。 物理穩定國內外有關城市污泥中重金屬處理研究方面,早期的研究主要集中在重金屬的穩定化方面。即添加一定的鈍化劑或化學制劑改變城市污泥中重金屬的存在形態。通常有以下幾種方法：水泥固化法、石灰固化法、熱塑固化法、玻璃化技術、自膠結固化技術等。Zorpas等在堆肥過程中用0%30%斜發沸石用作膨脹物質,研究堆肥前后重金屬形態與含量變化,發現隨著天然沸石（斜發沸石）用量的增加堆肥中重金屬濃度將下降。李潤東等通過硫化床焚燒試驗發現添加NaCl導致大多數重金屬的固化率降低, 對Ni而言, 其影響并不顯著。孫穎等采用石灰作為藥劑對污泥樣品進行穩定化試驗發現高含量且主要以不穩定狀態存在的重金屬效果較好。李國學、李端等研究表明添加鈍化劑均使重金屬元素的可利用態降低。陳宏等研究發現適宜的化學添加劑能夠降低或明顯降低土壤重金屬的植物可利用性,也能夠降低重金屬在植物體內的富集。盡管這些措施使得重金屬的有效態和植物可利用態減少,但這只是化學形態上的變化, 總量上沒有變動。 化學淋濾由于污泥重金屬的穩定化并不能從根本上解決重金屬的危害問題,因此有學者提出了用化學方法去除污泥中的重金屬。原理是通過向污泥中添加化學藥劑,提高污泥氧化還原電位Eh和降低其Ph值,從而使污泥中重金屬由不可溶態的化合物向可溶態的離子態轉化。氯化作用、離子交換作用、酸化作用、鰲合劑和表面活性劑的絡合作用,均可使難溶態的重金屬化合物形成可溶解的重金屬離子或絡合物。最常用的化學試劑是硫酸、鹽酸、硝酸和有機絡合劑,不同的重金屬要選擇不同的化學試劑。大量的研究發現采用不同的化學試劑在適宜的Ph值、污泥固體濃度、重金屬種類等條件下, 重金屬的去除取得了很好的效果,處理后污泥重金屬含量基本符合農用標準。盡管在一定條件下利用化學方法剔除污泥中的重金屬效果良好,而且淋濾過程所花的時間也較短,然而此方法在酸化污泥階段需消耗大量的酸,中和淋出液中的酸又要消耗大量的石灰,成本較高且殘留的藥劑會降低污泥的肥料價值。 生物方法與化學淋濾法相比,近些年發展起來的微生物方法,在費用和保存肥料價值方面都略優于化學法。國內外許多學者對采用微生物方法降低城市污泥中重金屬含量做了大量的試驗研究。原理是通過細菌對污泥中鐵和硫的氧化作用,使污泥中氧的還原電位升高Ph值降低,從而使重金屬發生溶解,然后采用直接或間接淋濾法將溶解的重金屬淋濾出來,從而降低重金屬含量。用于污泥生物浸濾的微生物是氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌,它們屬于化學自養菌, 能在還原態的硫化物獲得能量。Blais等對這兩種細菌進行分離、培養、觀察后得知這兩種硫細菌為VA7和VA4。這樣就可以對污泥進行預酸化,而只要向污泥中投加單質硫使VAVA4大量繁殖,使污泥中重金屬在酸性環境下浸出。有人研究使用分離出來的本土鐵氧化細菌來去除厭氧消化污泥中的重金屬,取得了較好的效果。周順桂和周立祥等人對運用生物淋濾去除污泥重金屬技術做了大量的研究,通過對污泥進行預處理,酸化并投加物料,在污泥中繁殖了大量的氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌,在其作用下,污泥中的難溶性金屬硫化物被氧化成金屬硫酸鹽而溶出,通過固液分離即達到去除重金屬的目的。周立祥、周順貴、華玉妹等又研究了不同培養基、不同能源物質、不同接種方法下污泥中重金屬的去除效果, 結果顯示均取得了較高的去除率。微生物淋濾法去除污泥中重金屬的效果雖好,但細菌的生存限制、硫酸鹽污染、處理后污泥的酸度等都限制了該方法的推廣應用。 電化學鑒于以上污泥中重金屬去除方法存在的問題,一些學者又發明了電化學方法。電化學方法主要是利用外加電場作用于被處理對象,使其內部的一些物質如礦物顆粒、重金屬離子及其化合物、有機物等在通電的條件下發生一系列的復雜的電化學反應, 通過電激發、電化學溶解、電遷移作用等使一些重金屬在陰極聚積,積累的組分在“元素接收器”的溶液中,以容器底部沉淀或聚積在金屬桿上的形式析出,并加以回收。其中動電力學技術備受關注,該技術的基本方法是在固體/液相系統中插人電極,通以直流電,固體中的污染物在電場作用下,發生氧化還原反應,并遷移、富集于電極區,從而達到去除其中污染物的目的,具有試劑用量少、安裝方便、操作簡單、能耗低和修復徹底等優點。動電修復彌補了生物修復、植物修復、和化學修復等的不足。Casagrande就開始應用動電力學技術對粘土進行脫水；80年代該技術開始應用于土壤重金屬污染修復的研究,并在90年代得到迅速發展,美國、荷蘭和日本等發達國家利用動電力學技術去除土壤中重金屬污染物已在實驗室研究和中試規模應用中取得成功。我國清華大學的劉錚和中國科學院南京土壤研究所的周東美在動電修復土壤重金屬污染物方面開展了工作, 并取得了一些成果。但是至今在國內外基于動電力學技術的基本原理及其控制措施開展污泥中的重金屬污染物的去除研究卻報道極少。動電力學技術是一種新興的高效原位綠色修復技術,它克服了其他處理技術的一些缺點,如穩定化技術的治標不治本,化學處理方法的耗酸量大、處理成本大、降低污泥的肥料價值, 生物去除技術的細菌的生存限制、硫酸鹽污染等。動電力學技術不僅能有效去除污泥中的重金屬,而且不破壞污泥的肥料成分,又沒有向污泥中加人不友好的物質,因此,動電修復作為一種新興的重金屬去除技術有很好的發展趨勢。3 存在問題綜觀國內外污泥中重金屬去除技術的研究現狀,存在以下幾方面的問題或不足。穩定化技術治標不治本,只是使重金屬的有效態和植物可利用態減少,總量上沒有變動,潛在風險仍較大。化學方法在酸化污泥階段需消耗大量的酸,中和淋出液中的酸又要消耗大量的石灰,成本較高且殘留的藥劑會降低污泥的肥料價值。微生物方法耗酸量大,且去除大部分重金屬后的污泥往往酸度較高,須進行中和后才可以農用,所采用的細菌適應性比較差,從氧化亞鐵硫桿菌/氧化硫硫桿菌產出的硫酸鹽也會污染土壤。化學方法和微生物方法的高濃度重金屬淋出液的處理較困難,成本高。國內外基于動電力學技術的基本原理及其控制措施開展污泥中的重金屬污染物去除研究至今尚少見報道。第七章 總結緊張的課程設計結束了，通過這短短一周的設計計算，使我對A2/O有了更全面的認識，學會了如何設計A2/O的主要反應池、如何計算重氧量等，使我受益匪淺。由于時間倉促，設計中肯定有不足與錯誤，希望老師批評指正。第八章 參考書目【1】《環保設備——原理、設計、應用》 鄭銘主編 化學工業出版社【2】《誰污染控制工程》第三版 高廷耀、顧國維、周琪主編 高教出版社【3】《水工藝處理技術與設計》 韓劍宏主編 化學工業出版社【4】《水處理構筑物設計與計算》 尹士軍、李亞峰等主編 化學工業出版社【4】《環境工程設計》 童華主編 化學工業出版