污水处理厂污泥中无机化合物的分析与评价

污水处理厂污泥中无机化合物的分析与评价

近年来，随着上海污水处理厂的引入和运行，废水排放量显著增加，污水处理利用变得越来越紧迫。但是由于污泥的化学成分十分复杂,含有病原体、重金属和有毒有害有机污染物等有害成分,制约着污泥的资源化利用。因此找到一种正确的测试方法,确定污泥中复杂化学成分,从而确定相应的处理方法对于污泥的资源化利用是十分重要的。文献中提到了多种多级的分析提取方法,但是由于各自在不同方面存在局限性,均不能全面地分析污泥中各种混合物的种类和形态。本文采用扫描电镜、X射线衍射仪、能量色散X荧光分析仪、原子吸收光谱等现代分析手段结合污泥的物理化学特性对城市污泥的成分进行了综合分析,确定了污泥中的化学成分及其存在状态。1实验部分1.1仪器和试剂(1)散x荧光分析ESM_6700型扫描电镜;ED_95型能量色散X荧光分析仪(EDXRF)(美国EDAX公司);SB~01型原子吸收光谱仪(AAS)(ThermalJarrellAshCo.USA)。(2)标准溶液的配制HClO4、HF、CH3COOH、HCl、MgCl2、NH2OH·HCl均为分析纯,30%H2O2、石灰、Cu、Ni、Zn、Mn、Pb、Cr标准储备液。1.2土壤样品污泥样品取自上海市某污水处理厂沉淀污泥,含水率为96%,黑色,有刺激性气味。样品在105℃恒温烘干、研磨,过100目尼龙筛备用。1.3ar-m6z试验采用SB~01型原子吸收光谱仪(AAS),SQLAAR-M6Z旨在检测Cu、Ni、Zn、Mn、Pb、Cr等重金属元素的存在状态。测试污泥样品的温度:25℃;测试湿度(%RH):50;样品状态:固体。2结果与讨论2.1织物的无定形结构城市污泥的成分十分复杂,这与污水的排放污染源有关,扫描电镜的图片显示,污泥形状均为不规则的疏松体,疏松体表面多孔,孔内填充着多面的细小晶粒,并附着许多絮状物而形成无定形结构。这些无定形结构是通过有机和无机絮凝剂絮凝沉淀形成的,具有较强的吸附能力,能有力地吸附生活污水和工业废水中的有机质和重金属污染物。2.2细菌污染及土壤体系内的养分循环由X荧光分析仪(EDXRF)的分析结果可以看出,污泥中含有大量的铁、铝、钙、硫等元素(图1)。这些成分既包括污水中原含有的元素,还包括由于添加聚铁、聚铝等絮凝剂而进入水体的元素。这些元素虽然不是严重的有毒、有害元素,但是随污泥进入土壤系统后,长期累积对土壤圈物质循环和土壤生态系统会产生何种影响,目前已有的研究结果较少。要实现对污泥安全有效的利用,需要对其进行进一步研究。而污泥中对环境危害最大的是重金属元素,该污泥样品中包括锌(Zn)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)等国家严格控制的重金属元素。2.3污泥主要成分重金属元素的存在状态与污泥的组成密切相关,X_ray衍射的分析结果可以反映出污泥的主要成分。由xrd的分析结果可以看出,污泥样品的主要成分是各类金属的金属氧化物,其次是各类金属的硅酸盐(如Fe、Al、Ca、Mg、K、Na等)和非金属结构的有机化合物。结合X_ray荧光分析结果,推断出污泥样品中的主要成分铁、锰氧化物和各类硅酸盐。2.4污泥主要成分的含量由于上述检测均无法对污泥中重金属元素进行定量,我们采用原子吸收光谱法测试污泥中的重金属含量,结果见表1。从表1可以看出,污泥样品中锌(Zn)的含量最高,依次是铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni),铅的含量最少。结合X_ray荧光分析与xrd的测试结果,可见Fe-Mn类化合物为污泥中的主要成分。总量分析只测试出重金属存在的总量,未能判定其存在的形态。2.5重金属形态分析Tessier五步提取法是应用较成功的形态分析方法之一。该法中可交换态反映人类近期排污对生物的毒性作用,碳酸盐结合态是由矿物迁移所致;Fe-Mn氧化物结合态反映人类活动对环境的影响。这三种形态中以可交换态存在的重金属活性最大,最易被环境中的生物吸收。碳酸盐结合态在pH值变化时,可被生物吸收。Fe-Mn氧化物态重金属在强氧化条件下可能被释放,引起生物毒性。因此这三种形态属于不稳定态。而残渣态重金属主要是受矿物成分和岩石风化以及土壤侵蚀的影响,有机态重金属反映人类排放有机物污水的结果,这两种形态的重金属不易被生物吸收,生物毒性较弱,属于稳定态。利用原子吸收法(AAS)对污泥中的重金属形态进行分析测定,结果见表2。从图2和表2中可以看出,对于锌(Zn)而言其含量高而且主要以不稳定态存在(约占总含量的78%),主要以铁-锰氧化物态存在。铜(Cu)主要以稳定的有机结合态(约占总含量的75%);铬(Cr)主要以有机结合态和残渣态为主的稳定态存在(约占总含量的65%),而不稳定态主要是以铁-锰氧化物态存在占总量的三分之一。Ni的五种化学形态都占有一定的比例,其中铁-锰氧化态约占总量的一半,稳定态占总量的三分之一。铅(Pb)的含量较少,且主要是以稳定的有机态和残渣态存在。超标的金属中,锌(Zn)对环境的影响最大,其次是镍(Ni)和铬(Cr),铜(Cu)的环境影响最小。2.6污泥主要以不稳定态存污泥中的重金属主要有可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态五种形态。其中前三种为不稳定态,后两种为稳定态。污泥中Zn、Ni和Cr主要以不稳定态存在,铜和铅主要以稳定态存在。但是通过风险评价,Cu和Cr属于较高生态风险,Zn属于高生态风险。同时污泥中Mn、Ni元素超过土壤的背景值甚多,在污泥处置和利用的时候应引起重视。3生活污水中的有害元素污水的处理效果与沉淀污泥中重金属污染物的存在形态有关,研究城市污泥主要成分以及各重金属污染物的存在状态对于污水中有害元素的控制有着十分重要的意