【正文】 長(zhǎng)期使用污泥可導(dǎo)致重金屬在土壤中富集,富集的重金屬可在土層中發(fā)生遷移,既有可能污染地下水資源,又可被植物吸收富集,進(jìn)而通過(guò)食物鏈危及人體健康。因此,如何對(duì)城市污泥,進(jìn)行預(yù)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(nóng)業(yè)利用的關(guān)鍵。2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀早期的有關(guān)國(guó)內(nèi)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(wěn)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(lái)又有了污泥中重金屬的去除技術(shù), 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(wěn)定 后者主要包括：化學(xué)淋濾、生物方法、電化學(xué)方法。下面就上述幾種技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用狀況做一簡(jiǎn)述。 物理穩(wěn)定國(guó)內(nèi)外有關(guān)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(wěn)定化方面。即添加一定的鈍化劑或化學(xué)制劑改變城市污泥中重金屬的存在形態(tài)。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(shù)、自膠結(jié)固化技術(shù)等。Zorpas等在堆肥過(guò)程中用0%30%斜發(fā)沸石用作膨脹物質(zhì),研究堆肥前后重金屬形態(tài)與含量變化,發(fā)現(xiàn)隨著天然沸石（斜發(fā)沸石）用量的增加堆肥中重金屬濃度將下降。李潤(rùn)東等通過(guò)硫化床焚燒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加NaCl導(dǎo)致大多數(shù)重金屬的固化率降低, 對(duì)Ni而言, 其影響并不顯著。孫穎等采用石灰作為藥劑對(duì)污泥樣品進(jìn)行穩(wěn)定化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高含量且主要以不穩(wěn)定狀態(tài)存在的重金屬效果較好。李國(guó)學(xué)、李端等研究表明添加鈍化劑均使重金屬元素的可利用態(tài)降低。陳宏等研究發(fā)現(xiàn)適宜的化學(xué)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(nèi)的富集。盡管這些措施使得重金屬的有效態(tài)和植物可利用態(tài)減少,但這只是化學(xué)形態(tài)上的變化, 總量上沒(méi)有變動(dòng)。 化學(xué)淋濾由于污泥重金屬的穩(wěn)定化并不能從根本上解決重金屬的危害問(wèn)題,因此有學(xué)者提出了用化學(xué)方法去除污泥中的重金屬。原理是通過(guò)向污泥中添加化學(xué)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(tài)的化合物向可溶態(tài)的離子態(tài)轉(zhuǎn)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(luò)合作用,均可使難溶態(tài)的重金屬化合物形成可溶解的重金屬離子或絡(luò)合物。最常用的化學(xué)試劑是硫酸、鹽酸、硝酸和有機(jī)絡(luò)合劑,不同的重金屬要選擇不同的化學(xué)試劑。大量的研究發(fā)現(xiàn)采用不同的化學(xué)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(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。盡管在一定條件下利用化學(xué)方法剔除污泥中的重金屬效果良好,而且淋濾過(guò)程所花的時(shí)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(huì)降低污泥的肥料價(jià)值。 生物方法與化學(xué)淋濾法相比,近些年發(fā)展起來(lái)的微生物方法,在費(fèi)用和保存肥料價(jià)值方面都略優(yōu)于化學(xué)法。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)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(yàn)研究。原理是通過(guò)細(xì)菌對(duì)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(fā)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(lái),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(xué)自養(yǎng)菌, 能在還原態(tài)的硫化物獲得能量。Blais等對(duì)這兩種細(xì)菌進(jìn)行分離、培養(yǎng)、觀察后得知這兩種硫細(xì)菌為VA7和VA4。這樣就可以對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)酸化,而只要向污泥中投加單質(zhì)硫使VAVA4大量繁殖,使污泥中重金屬在酸性環(huán)境下浸出。有人研究使用分離出來(lái)的本土鐵氧化細(xì)菌來(lái)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(duì)運(yùn)用生物淋濾去除污泥重金屬技術(shù)做了大量的研究,通過(guò)對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)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(guò)固液分離即達(dá)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(yǎng)基、不同能源物質(zhì)、不同接種方法下污泥中重金屬的去除效果, 結(jié)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(xì)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(yīng)用。 電化學(xué)鑒于以上污泥中重金屬去除方法存在的問(wèn)題,一些學(xué)者又發(fā)明了電化學(xué)方法。電化學(xué)方法主要是利用外加電場(chǎng)作用于被處理對(duì)象,使其內(nèi)部的一些物質(zhì)如礦物顆粒、重金屬離子及其化合物、有機(jī)物等在通電的條件下發(fā)生一系列的復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng), 通過(guò)電激發(fā)、電化學(xué)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(dòng)電力學(xué)技術(shù)備受關(guān)注,該技術(shù)的基本方法是在固體/液相系統(tǒng)中插人電極,通以直流電,固體中的污染物在電場(chǎng)作用下,發(fā)生氧化還原反應(yīng),并遷移、富集于電極區(qū),從而達(dá)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(jiǎn)單、能耗低和修復(fù)徹底等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)電修復(fù)彌補(bǔ)了生物修復(fù)、植物修復(fù)、和化學(xué)修復(fù)等的不足。Casagrande就開(kāi)始應(yīng)用動(dòng)電力學(xué)技術(shù)對(duì)粘土進(jìn)行脫水；80年代該技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)的研究,并在90年代得到迅速發(fā)展,美國(guó)、荷蘭和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家利用動(dòng)電力學(xué)技術(shù)去除土壤中重金屬污染物已在實(shí)驗(yàn)室研究和中試規(guī)模應(yīng)用中取得成功。我國(guó)清華大學(xué)的劉錚和中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所的周東美在動(dòng)電修復(fù)土壤重金屬污染物方面開(kāi)展了工作, 并取得了一些成果。但是至今在國(guó)內(nèi)外基于動(dòng)電力學(xué)技術(shù)的基本原理及其控制措施開(kāi)展污泥中的重金屬污染物的去除研究卻報(bào)道極少。動(dòng)電力學(xué)技術(shù)是一種新興的高效原位綠色修復(fù)技術(shù),它克服了其他處理技術(shù)的一些缺點(diǎn),如穩(wěn)定化技術(shù)的治標(biāo)不治本,化學(xué)處理方法的耗酸量大、處理成本大、降低污泥的肥料價(jià)值, 生物去除技術(shù)的細(xì)菌的生存限制、硫酸鹽污染等。動(dòng)電力學(xué)技術(shù)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(méi)有向污泥中加人不友好的物質(zhì),因此,動(dòng)電修復(fù)作為一種新興的重金屬去除技術(shù)有很好的發(fā)展趨勢(shì)。3 存在問(wèn)題綜觀國(guó)內(nèi)外污泥中重金屬去除技術(shù)的研究現(xiàn)狀,存在以下幾方面的問(wèn)題或不足。穩(wěn)定化技術(shù)治標(biāo)不治本,只是使重金屬的有效態(tài)和植物可利用態(tài)減少,總量上沒(méi)有變動(dòng),潛在風(fēng)險(xiǎn)仍較大?；瘜W(xué)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(huì)降低污泥的肥料價(jià)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(jìn)行中和后才可以農(nóng)用,所采用的細(xì)菌適應(yīng)性比較差,從氧化亞鐵硫桿菌/氧化硫硫桿菌產(chǎn)出的硫酸鹽也會(huì)污染土壤。國(guó)內(nèi)外基于動(dòng)電力學(xué)技術(shù)的基本原理及其控制措施開(kāi)展污泥中的重金屬污染物去除研究至今尚少見(jiàn)報(bào)道。第七章 參考書(shū)目【1】《環(huán)保設(shè)備——原理、設(shè)計(jì)、應(yīng)用》 鄭銘主編 化學(xué)工業(yè)出版社【2】《誰(shuí)污染控制工程》第三版 高廷耀、顧國(guó)維、周琪主編 高教出版社【3】《水工藝處理技術(shù)與設(shè)計(jì)》 韓劍宏主編 化學(xué)工業(yè)出版社【4】《水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)與計(jì)算》 尹士軍、李亞峰等主編 化學(xué)工業(yè)出版社【4】《環(huán)境工程設(shè)計(jì)》 童華主編 化學(xué)工業(yè)出版社29