城市污泥农用重金属的去除及稳定化研究

论文摘要

本文以2010年取自乌鲁木齐市水务（集团）有限公司污水处理公司夏季和冬季污泥为研究对象，对污泥中主要重金属Cu、Zn、Pb、Cr进行了去除及稳定化研究，探讨了去除剂及稳定化剂的类型及去除工艺。结果表明：（1）通过对污泥的基本性质进行分析，该污泥的有机质含量较高，可用来作为土壤改良剂。（2）通过对污泥中重金属总量及存在形态分析，得出重金属Cu、Zn、Pb、Cr是实验污泥主要的重金属污染物，Cu的最高含量为700mg/kg，主要分布在不稳定态；Zn、Pb的最高含量分别为1290mg/kg、400mg/kg，主要分布在残渣态中； Cr的含量不高，但主要分布在不稳定态，被植物吸收利用的可能性很大，仍有很大的危害。Cd含量不高，且分布在稳定态中。污泥中Cu、Zn、Pb的含量超出了我国《农用污泥中污染物控制标准》中规定的限制，其他重金属的含量都低于农用标准的限制。（3）采用不同的化学去除剂硫酸铁、磷酸、EDTA、柠檬酸、SDS对污泥中铜、锌、铅、铬进行了去除研究。结果硫酸铁、磷酸的去除效果较好。各种去除剂对污泥中铜、铅去除能力的顺序是：硫酸铁>磷酸>EDTA>柠檬酸>SDS；对锌去除能力的顺序是：硫酸铁>磷酸>柠檬酸>EDTA>SDS；对铬去除能力的顺序是：磷酸>硫酸铁>柠檬酸>EDTA>SDS。Fe3+处理实验污泥的最佳工艺条件：6g/L的硫酸铁溶液，固液比为1∶50，反应温度45℃，反应时间3d。最佳工艺条件下Fe3+对铜、锌、铅、铬的去除率分别可达到76.22%、96.28%、30.65%、52.57%。H3PO4处理实验污泥的最佳工艺条件：10%的磷酸溶液，固液比为1∶12.5，5%H2O2投加量的液固比为（1∶1.2），反应温度40℃，反应时间24h。最佳工艺条件下H3PO4对铜、锌、铅、铬的去除率分别为46.34%、64.86%、21.52%、72.67%。（4）采用膨润土和腐殖酸做为稳定化剂对污泥中铜、锌、铅、铬进行了稳定化研究。新疆夏子街膨润土处理实验污泥的最佳工艺条件为：室温，振荡时间12h，浸提液pH值为6左右，投加量与干污泥质量比（g/g）为1:12.5。最佳工艺条件下膨润土对铜、锌、铅、铬的稳定率为92.67%、98.08%、100%、97.6%。经过膨润土稳定化后，污泥中的重金属主要分布在残渣态，少量分布在硫化物及有机结合态，而分布在不稳定态的含量较少。腐殖酸稳定化处理实验污泥的最佳工艺条件为：室温，振荡时间8h，浸提液pH值为6左右，投加量与干污泥质量比（g/g）为1:5。最佳工艺条件下，腐殖酸对重金属铜、锌、铬的稳定率分别为89.4%、96.36%、81.71%。经过腐殖酸稳定化后，污泥中的重金属主要分布在残渣态，少量分布在硫化物及有机结合态，不稳定态的含量较少。（5）通过上述研究及经济性分析得出：用膨润土对实验污泥中重金属进行处理是最佳方案，重金属的稳定化过程可与污泥的堆肥工艺结合起来。在最佳工艺条件下，用膨润土处理1t干污泥的费用约为60元左右。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 城市污水厂污泥的基本性质和分类
• 1.1.1 污泥的基本性质
• 1.1.2 污泥的分类
• 1.1.2.1 按来源分
• 1.1.2.2 按污泥成分及性质分
• 1.1.2.3 按污泥从污水中分离的过程分
• 1.1.2.4 按污泥的产生阶段分
• 1.2 污泥处置方法现状
• 1.3 污泥中重金属的危害
• 1.4 污泥中重金属的处理方法
• 1.4.1 污泥中重金属的去除处理方法
• 1.4.2 污泥中重金属的稳定化处理方法
• 1.5 研究目的、意义及内容
• 1.5.1 研究目的、意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 城市污泥基本性质及重金属含量分析
• 2.1 实验仪器及药品
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 污泥基本性质分析
• 2.2.2 污泥中重金属含量分析
• 2.2.2.1 样品的预处理
• 2.2.2.2 污泥中重金属含量的测定
• 2.2.3 污泥中重金属形态分析
• 2.2.3.1 污泥中重金属形态分析方法
• 2.2.3.2 污泥中重金属形态分析实验
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 污泥基本性质分析结果
• 2.3.2 污泥中重金属含量分析结果
• 2.3.3 污泥中重金属形态分析结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 化学法对污泥中重金属的去除研究
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验仪器及药品
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 硫酸铁对重金属的去除实验研究
• 3.3.1.1 浓度对重金属去除的影响
• 3.3.1.2 固液比对重金属去除的影响
• 3.3.1.3 时间对重金属去除的影响
• 3.3.1.4 温度对重金属去除的影响
• 3.3.1.5 硫酸与硫酸铁去除重金属的对比实验研究
• 3.3.2 磷酸对重金属的去除实验研究
• 3.3.2.1 浓度对重金属去除的影响
• 2O₂对重金属去除的影响'>3.3.2.2 氧化剂H₂O₂对重金属去除的影响
• 3.3.2.3 时间对重金属去除的影响
• 3.3.2.4 温度对重金属去除的影响
• 3.3.3 SDS 对重金属的初步去除实验研究
• 3.3.4 柠檬酸对重金属的初步去除实验研究
• 3.3.4.1 柠檬酸对重金属的初步去除实验研究
• 3.3.4.2 柠檬酸+SDS 对重金属的初步去除实验研究
• 3.3.5 EDTA 对重金属的初步去除研究
• 3.3.5.1 EDTA 对重金属的初步去除实验研究
• 3.3.5.2 EDTA+SDS 对重金属的初步去除实验研究
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 硫酸铁对重金属的去除实验结果
• 3+浓度的关系'>3.4.1.1 污泥 pH 值与 Fe³⁺浓度的关系
• 3+浓度对重金属去除率的影响'>3.4.1.2 Fe³⁺浓度对重金属去除率的影响
• 3.4.1.3 固液比对重金属去除率的影响
• 3.4.1.4 时间对重金属去除率的影响
• 3.4.1.5 温度对重金属去除率的影响
• 3+去除重金属的机理探讨'>3.4.1.6 Fe³⁺去除重金属的机理探讨
• 3.4.2 磷酸对重金属的去除实验结果
• 3.4.2.1 磷酸浓度对重金属去除率的影响
• 2O₂对重金属去除率的影响'>3.4.2.2 添加 5%H₂O₂对重金属去除率的影响
• 3.4.2.3 反应时间对重金属去除率的影响
• 3.4.2.4 反应温度对重金属去除率的影响
• 3.4.3 SDS 对重金属的去除实验结果
• 3.4.4 柠檬酸对重金属的去除实验结果
• 3.4.4.1 柠檬酸对重金属的去除实验结果
• 3.4.4.2 柠檬酸+SDS 对重金属的去除实验结果
• 3.4.5 EDTA 对重金属的去除实验结果
• 3.4.5.1 EDTA 对重金属的去除实验结果
• 3.4.5.2 EDTA+SDS 对重金属的去除实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 城市污泥中重金属的稳定化研究
• 4.1 实验仪器及药品
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 膨润土对污泥中重金属的稳定化研究
• 4.2.1.1 投加量对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.1.2 pH 值对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.1.3 振荡时间对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.1.4 改性膨润土对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.1.5 膨润土稳定化对污泥中重金属形态的影响
• 4.2.2 腐殖酸对污泥中重金属的稳定化研究
• 4.2.2.1 投加量对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.2.2 pH 值对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.2.3 振荡时间对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.2.4 温度对污泥中重金属稳定化的影响
• 4.2.2.5 腐殖酸稳定化对污泥中重金属形态的影响
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 膨润土对污泥中重金属的稳定化研究实验结果
• 4.3.1.1 投加量对重金属稳定化的影响结果
• 4.3.1.2 pH 值对重金属稳定化的影响结果
• 4.3.1.3 振荡时间对污泥中重金属稳定化的影响结果
• 4.3.1.4 改性膨润土对重金属的稳定化实验结果
• 4.3.1.5 膨润土稳定化对污泥中重金属形态的影响结果
• 4.3.2 腐殖酸对污泥中重金属的稳定化研究实验结果
• 4.3.2.1 投加量对重金属稳定化的影响结果
• 4.3.2.2 pH 值对重金属稳定化的影响结果
• 4.3.2.3 振荡时间对重金属稳定化的影响结果
• 4.3.2.4 温度对重金属稳定化的影响结果
• 4.3.2.5 腐殖酸稳定化对污泥中重金属形态的影响结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 污泥中重金属处理方法的经济性分析
• 5.1 化学法去除污泥中重金属经济性分析
• 5.1.1 硫酸铁去除污泥重金属的经济分析
• 5.1.2 磷酸去除污泥重金属的经济分析
• 5.1.3 两种处理方法的对比分析
• 5.2 污泥中重金属稳定化处理经济性分析
• 5.2.1 膨润土稳定污泥重金属的经济性分析
• 5.2.2 腐殖酸稳定污泥重金属的经济性分析
• 5.3 重金属稳定化处理与污泥堆肥工艺
• 第6章 结论
• 参考文献
• 硕士研究生期间所发表的论文
• 致谢