城市污水处理过程中重金属形态分布及潜在迁移性研究

论文摘要

重金属是城市污泥农用的主要制约性因素之一，而重金属在污泥中的赋存形态对其潜在环境行为具有重要的影响。本文以我国两个典型城市污水厂为研究实例，系统研究了在污水处理过程中污水及污泥中重金属的化学形态分布规律，并对污泥中重金属的潜在迁移性和生物有效性进行了研究。得出的主要结论有： (1)城市污泥既具有较高的潜在农用价值，又具有一定的生物毒性。污水处理过程中，不同污泥的理化特性存在明显差异，最终处理污泥的特性主要受初沉池污泥特性的影响。 (2)城市污水生物处理对污水中的重金属具有较高的去除率，且去除率受污水中重金属含量及赋存形态、SS、BOD和COD浓度等因素的影响。 (3)城市污水处理过程对污水的理化特性和重金属的形态分别均会产生重要的影响，且随着污水处理的先后顺序表现出明显的规律性变化。 (4)污泥中重金属的稳定性随着污水处理过程的先后顺序而逐渐增强。Fe、Ni、Cr和Mo主要以残渣态存在；Cu、Pb主要以氧化态和残渣态存在；Mn和Zn在不同污泥中的形态分布不同。重金属的形态分布与金属的特性、污泥的组成及其特性有关，且污泥特性对其影响的方式及程度因金属的不同而不同。 (5)污泥中重金属的浸出、淋溶以及生物富集试验的结果表明，Zn、Mn和Ni具有较强的迁移性，而Pb、Cu和Fe则相对较稳定。重金属的潜在迁移性不仅受污泥特性及金属总量的影响，而且更主要受重金属自身特性和在污泥中的形态分布影响。 (6)污泥中的重金属释放后稳定性有所增强，且其在污泥中的化学形态会发生明显的规律性的再分布现象。 (7)小麦幼苗中重金属含量及对重金属的富集系数均与污泥中重金属的潜在迁移指数(PMI)之间呈显著正相关性，而与污泥中重金属的总量及各种形态含量之间无显著相关性，表明PMI比单纯的形态分析更直观有效地反映污泥中重金属的潜在迁移能力。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 我国城市污水处理概况
• 1.2.1 我国城市污水处理现状
• 1.2.2 我国城市污水的基本性质
• 1.3 城市污泥的产生、基本性质和处理处置现状
• 1.3.1 城市污泥的产生
• 1.3.2 城市污泥的组成
• 1.3.3 城市污泥的处置
• 1.4 城市污水中重金属来源及其去除
• 1.4.1 重金属的定义
• 1.4.2 城市污水中重金属的来源
• 1.4.3 城市污水处理过程污水中重金属的形态及去除
• 1.5 污泥中重金属形态分析的研究现状及进展
• 1.5.1 重金属形态分析的概念及环境意义
• 1.5.2 重金属形态分析方法的研究
• 1.5.3 城市污水污泥中重金属形态分析的国内外研究现状
• 1.5.4 污泥中重金属形态研究的现状评述
• 1.6 本文的研究内容及技术路线
• 1.6.1 本文的研究内容
• 1.6.2 研究方法
• 1.6.3 研究技术路线
• 第二章 城市污水处理过程污水中重金属形态及去除的研究
• 2.1 概述
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 采样点简介
• 2.2.2 污水、污泥样品的采集及预处理
• 2.3.3 污水指标的分析方法及仪器材料
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 研究期间该厂的工艺运行情况及污泥产率分析
• 2.3.2 污水处理过程中污水基本理化指标分析
• 2.3.3 污水中重金属的形态分布
• 2.3.4 污水中重金属的去除情况
• 2.4 本章小结
• 第三章 城市污水处理过程中污泥的理化特性研究
• 3.1 概述
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 污泥样品的采集及预处理
• 3.2.2 指标分析及仪器材料
• 3.2.3 质量控制及数据统计处理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 污泥的表观性状描述
• 3.3.2 污泥的含水率
• 3.3.3 污泥的pH、EC和CEC
• 3.3.4 污泥中TN、TP及烧失量（LOI）的变化情况
• 3.3.5 污泥中DOM的含量变化
• 3.3.6 污泥的红外图谱分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 城市污水处理过程污泥中重金属的形态分布规律研究
• 4.1 概述
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 采样污水厂简介及污泥样品采集
• 4.2.2 仪器与样品预处理
• 4.2.3 实验分析方法
• 4.2.4.质量控制与数据处理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 高碑店污水厂处理过程污泥中重金属的形态分布规律
• 4.3.2 江心洲污水厂处理过程污泥中重金属的形态分布规律
• 4.3.3 污泥中重金属形态的稳定性分析
• 4.3.4 污泥理化特性对污泥重金属形态分布的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 污泥中重金属的浸出及淋溶特性研究
• 5.1 概述
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 样品处理及仪器材料
• 5.2.2 试验分析方法
• 5.2.3 污泥中重金属浸出实验
• 5.2.4 污泥模拟酸雨淋溶实验设计
• 5.2.5 质量控制及数据处理
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 污泥中重金属的浸出特性研究
• 5.3.2 污泥淋溶实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 污泥中重金属对小麦幼苗的毒性及富集效应研究
• 6.1 概述
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 实验材料及仪器
• 6.2.2 实验设计
• 6.2.3 分析项目与测定方法
• 6.2.4 质量控制及数据处理
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 污泥对小麦幼苗的生理生化指标的影响
• 6.3.2 小麦幼苗中重金属的含量及其在植株不同部位的富集分析
• 6.3.3 小麦幼苗中重金属的富集效应研究
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文的主要结论
• 7.2 本文的主要创新之处
• 7.3 有待于进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间参加科研及发表学术论文情况
• 附录
• 附录A：本文实验所用实验仪器
• 附录B：ICP-AES测定金属元素的谱线选择
• 附录C：《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918—2002）》
• 附录D：植物生理生化指标的测定方法