文 献 综 述

一.题目：化工污泥基重金属稳定化技术研究

二.研究目的和意义

根据国家环境保护”十一五”规划与全国城镇污水处理及再生利用建设”十一五”规划，我国所有城市都要建设污水处理设施，城市污水处理率不低于70%，预计全国污水处理能力将超过1#215;10⁸t/d，伴随产生的污泥（含水率80%左右）将高达1#215;10⁷t/d，加上污染河流污泥和地下水道污泥等。每年产生的城市污泥不仅数量巨大，而且还以每年10%到15%的速度增加。如何安全经济地处置城市污泥是世界各国共同面临的问题，解决这个世界性难题对我国来说刻不容缓。

污泥是一种含有病原微生物、多种有机物和无机物以及重金属的固液混合体。从污泥中检测到192种化合物，有99种被确定为有害化合物，因此，污泥是一种危害性极大的固体废弃物，如果不加以彻底的处理和控制，将会对环境造成二次污染。

随着我国工业化进程加快，污泥中重金属含量迅速增高，污泥量也成倍增长。污泥造成环境污染一大原因是污泥内含有重金属。重金属物质在水中不易降解，十分稳定，而且一旦进入水体，除了通过食物链在生物体内逐步蓄积富集外，只能被水中的悬浮粒子吸附而沉入水底污泥中。这样就造成水底污泥中重金属含量高。因此对化工污泥基重金属稳定化的研究更为迫切。本文主要对化工污水厂进行污泥重金属浸出毒性的研究，探究浸出特性对于污泥再利用影响的同时，制定最适宜的污泥重金属稳定化处置方案，具有积极的现实意义。通过强化浸出毒性鉴别试验，研究重金属稳定剂对各种重金属的稳定率，开发出具有普适性的重金属稳定剂以及烧结工艺参数。对生产和环保有积极的意义。

三.国内外研究现状和趋势

污泥中的重金属主要包括Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等，由于污泥来源和类型不同，导致不同国家污泥中重金属的种类和含量各不相同，即使是同一国家不同地区也不一样。陈同斌等对我国城市污泥重金属进行统计分析表明，我国城市污泥中的重金属含量均不同程度的超过了污泥农用的限制标准。污泥中重金属的存在形式包括以下5种：可交换的离子态，碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态，有机结合态和残渣态，其中前3种形态稳定性差，生物有效性强；后2种形态稳定性强，不易释放到环境中。由此可知，对污泥重金属进行处理时，不仅要考虑重金属的成分和含量，还应充分重视其形态的影响。

发达国家从20世纪60年代就开始，对大量产生的城市污泥进行了有关安全处理方面的研究，他们根据各国自身的实际情况，通过不断的工程实践，逐步建立了相关的污泥处理和处置方法，归纳起来就四种方法，即卫生填埋、土地利用、焚烧和投海。

我国对于污泥处理方面，通过引进、消化、改进国外的先进技术。由于国外的污泥处理方法并不完全适合我国，从而使我国的污泥处理进步缓慢。我国污泥仍然主要采用填埋的方法，一般都与生活垃圾一起卫生填埋。我国化工污泥不仅体积和数量大，而且成分复杂。从我国的实际情况开辟符合我国国情的污泥无害化、减量化、资源化处理新技术。

污泥重金属的危害不仅与其含量有关，还与其存在形态密切相关。相应地的处理方式也有两种，一种是将污泥中的重金属固定或者稳定，另一种方式是将重金属从污泥中去除。对前者来说，重金属仍存在于污泥或其衍生物中，但由易溶、有毒、不稳定的状态变为低溶或不溶、无毒、稳定的状态，即通过减少重金属不稳定态的含量、降低重金属的活性和生物有效性使污泥达到无害化；目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化、好氧堆肥、好氧消化等。主要的稳定化手段有烧结稳定化与药剂稳定化等。烧结稳定化是使重金属转化为一种新的、低溶解性、在浸出环境下更稳定的矿物相。这种处理可用于以污水污泥为添加剂生产陶粒的工艺中，能降低污泥的处理成本，有研究表明，当温度高于950℃时，Cd、Cr、Cu和Pb在陶粒中的移动性可通过烧结大大降低；烧结温度为1100℃时，这些重金属主要以Pb2O(CrO4)、CdSiO3和CuO等稳定形式存在，不易释放进入环境，造成二次污染，但是该种方法存在能耗大的问题；后者则通过减少污泥中重金属的总量来处理污泥。污泥的分离技术有：化学浸提法、生物沥滤/淋滤法、电动修复法。（具体方法就不一一详述）

污泥重金属的稳定一般是向其中加入钝化剂，提高污泥的pH值，使重金属转化成氢氧化物等沉淀，达到钝化重金属并杀死病原菌的效果。曹仲宏等研究了添加剂对填埋污泥重金属稳定的影响，实验结果表明生石灰、粉煤灰和黏土三种添加剂均有利于Cr和Cd向稳定形态转化，其中粉煤灰对Cr向稳定态转化的促进作用最明显，而黏土对Cd的稳定作用最强；生石灰能促进Pb和Zn的稳定，而粉煤灰和黏土则有相反的作用；粉煤灰对Ni有促进作用，生石灰和黏土则反之。由此可知，加入添加剂后污泥重金属的形态发生变化，当向稳定态转化时即起到了固定重金属的作用；不同添加剂对同一金属的稳定效果不同，即使是同种添加剂对不同金属的稳定作用也不一样，有时甚至会起相反的作用，因此在实际中应综合考虑各种重金属后选择适宜大多数重金属稳定的添加剂。

Gan等学者将近年来发展的微波法应用于污泥重金属的稳定，之后一些学者研究了微波在添加剂的作用下对重金属的稳定效果。Chen等研究了微波在不同添加剂作用下对重金属铜的稳定作用，表明铁粉比其它添加剂如碳酸钠、硅酸钠等在促进铜离子的稳定方面效果更显著，能将铜离子的浓度从179.4mg/L降低到6.5mg/L。Hsieh等则深入探索了微波处理重金属的影响因素，认为适当的提高微波功率，延长反应时间，在加热过程中通入惰性气体N2等方法均能促进金属铜的固定。微波法固定污泥中的重金属是微波辐射通过破壁、堆积、包埋、固定、成孔过程将重金属有效的闭塞在固定的孔穴实现的。已有文献关于微波法对重金属铜固定的研究较多，对于其它重金属的固定效果研究较少，并且微波法目前还局限于室内试验，对于实际大批量污泥的处理仍存在很多问题。

四.主要研究问题

工业生产产出大量的含重金属废水，经过污水处理沉淀在污泥中，如若处理不当，给土壤、地表水、地下水带来越来越严重的污染，危及生态环境。含重金属化工污泥的稳定化研究受到众多学者的研究。

研究氧化钙、氧化镁、沸石等不同的稳定剂和优化烧结条件，制成陶粒填料，探究不同化工污泥中重金属的稳定化程度技术作为新兴的重点化工污泥处理技术，在众多行业发挥了不可替代的作用。这项技术的研究对生产和环境保护有特别重要的意义，可以改善生产的清洁性并且对环境保护有突出效果。重金属含量以干污泥计，需要测定污泥的含水率（p）。含水率测定方法参考《城市污水处理厂污泥检测方法（CJT221-2005）》中的重量法测定。金属离子全量浸出实验，用强酸性浸取剂，采用王水＋高氯酸法对样品进行全量消解。金属离子浸出毒性测定，采用美国环境保护局制订的TCLP毒性浸出法测定污泥中重金属浸出毒性。

1.拟采用元素分析、XRF、XRD、ICP-AES、XPS、FT-IR、SEM、TEM、原子吸收光谱等手段，确定材料表面存在哪些元素以及这些元素存在于什么化合物中，并可进行定性分析。

2.污泥中重金属（Zn、Cu、Pb、Cd）的总量测定和存在形态分析。主要研究重金属在污泥中存在的量和形态，为后续的重金属稳定化研究提供基础。

3.污泥中重金属（Zn、Cu、Pb、Cd）的稳定化分析。将污泥和不同的稳定剂按一定的比例混合，养护一定时间后，取样测定含水率，通过强化浸出毒性鉴别试验，研究重金属稳定剂对各种重金属的稳定率，开发出具有普适性的重金属稳定剂以及烧结工艺参数。

4.研究氧化钙、氧化镁、沸石等不同的稳定剂和优化烧结条件，制成陶粒填料，探究不同化工污泥中重金属的稳定化程度。

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