纯化凹凸棒对污泥中重金属的钝化作用研究

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随着近年来城市污水产生量的增加、处理设施的不断完善以及处理程度的深化,污泥的产生量持续增加。由于污泥中含有植物生长必须的营养元素,如N、P、K等,因此污泥农用是实现污泥资源可持续利用和提高土壤肥力的重要途径。但是污泥中含有的有害重金属也会迁移进入土壤,不仅能影响作物的正常生长发育,而且可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康,从而降低污泥的利用价值。重金属的生物活性、迁移性不仅取决于总量,在很大程度上更加取决于重金属的形态。因此对污泥中的重金属进行钝化处理,降低其生物有效性和活性,以减小重金属利用的风险,是污泥利用研究领域所关心的热点问题。本文以兰州市七里河安宁污水处理厂的脱水污泥为原料,以纯化的甘肃靖远红色凹凸棒石粘土为钝化剂,通过研究凹凸棒-污泥混合物在4种时间(0d、10d、20d和30d)时的pH和EC,4种重金属(Cu、Ni、Cr、Zn)的全量、水溶态和DTPA浸提态含量、BCR连续提取法的形态分布以及重金属生态毒性的变化情况,运用方差分析和多重比较对比分析了纯化凹凸棒石对污泥中重金属的有效性的影响。实验结果表明:(1)在凹凸棒经纯化后,晶体分布均匀、分散性好、形态细小,凹凸棒的纯度和比表面积均提高。(2)在污泥原料中,4种重金属总量大小顺序为Zn>Cu>Cr>Ni。Cu、Ni和Cr的形态分布一致:F4>F3>F1>F2,Zn的形态分布为:F4>F3>F2>F1。Cu和Ni主要以不稳定态存在;Cr和Zn的主要为稳定态存在。(3)同一时间下,污泥的pH值均随凹凸棒添加比例的升高而增大;同一种凹凸棒石添加比例下,污泥的pH值随时间的延长而减小。0d时,污泥的EC值初始值随凹凸棒添加比例的升高而减小,其余时间点下EC值初始值随凹凸棒添加比例的升高而增大;随着时间延长,对照处理下EC值基本恒定不变,其它凹凸棒添加比例下的混合物的EC值呈现出先降后升的趋势。(4)凹凸棒添加比例的增加和时间的延长均能使污泥中重金属Cu、Ni、Cr和Zn的水溶态百分含量的减少。凹凸棒添加比例的增加和时间的延长对污泥中重金属Ni和Zn的DTPA浸提态百分含量的减少能够起到积极作用,凹凸棒添加比例的增加使Cu和Cr的DTPA浸提态百分含量的减少,但时间的延长会激活重金属Cu和Cr。(5)同一时间下,凹凸棒石添加比例的增加能促使Cu的F1、F2和F3向F4转化,Ni的F1向F2、F3和F4转化,Cr的F1、F2和F4向F3转化,Zn的F1、F3向F2、F4转化。(6)对于Cu和Ni,同一时间下,凹凸棒添加比例的增加使迁移率减小,促进活性形态向稳定形态的转变;同一凹凸棒石添加比例下,时间的延长使迁移率增大,促进稳定形态向活性形态的转变。对于Cr,不论是凹凸棒石添加比例增加还是时间的延长,均使迁移率增大,促进稳定形态向活性形态的转变。对于Zn,不论是凹凸棒石添加比例增加还是时间的延长,均能减小迁移率,促进活性形态向稳定形态的转变。(7)凹凸棒石添加比例和时间的增加均能促进污泥中重金属的生态毒性的降低。
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