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由于中国污水处理量和处理率的迅猛增加,污泥的处理处置问题得到了广泛的关注。污泥的土地利用尤其是将其用于园林绿化不仅可以解决污泥处理处置面临的难题,还可以提高土壤的肥力,促进植物的生长,对可持续发展有积极的影响。凹凸棒土独特的结构使其具有较好的吸附能力和离子交换能力,改性凹凸棒土可进一步提高其吸附能力。本论文将改性凹凸棒土作为钝化剂来处理处置污泥,通过种子萌发和根伸长实验、盆栽实验评价钝化污泥施用于土壤的安全性,通过淋溶实验评价钝化污泥施用于土壤是否具有污染风险。得出的主要研究结果如下:
1.凹凸棒土经过改性后,其吸附性能增强。原凹凸棒土吸附Cu2+的吸附量为0.31mg/g。通过单因素实验和正交实验发现在搅拌时间为90min,改性温度为90℃,氢氧化钠浓度为5mol/L时对凹凸棒土改性,其吸附Cu2+的吸附量为0.96mg/g,与原凹凸棒土相比吸附量增大了68%。
2.污泥经过钝化后用于园林绿化具有可行性,各项指标如电导率、pH、有机质含量和重金属含量均符合污泥园林绿化的要求,且更适合将钝化污泥施用于碱性土壤。
3.钝化剂的添加量和钝化时间对重金属的形态有很大影响。随着钝化时间的延长和钝化剂添加量的增加,四种重金属的残渣态呈现增加趋势,其稳定性增强。其中在污泥中添加质量分数25%的改性凹凸棒土并钝化28d时,四种重金属的钝化效果均较好,在该条件下,Cu、Zn、Pb、Cr的稳定系数均大幅度减小,说明改性凹凸棒土钝化污泥是一种有效的降低重金属活性的方法。
4.钝化污泥可以提供更多的营养物质供黑麦草生长。在种子萌发和根伸长实验中,对照处理(CP)的相对根伸长率和发芽指数均为82%,钝化处理(ATP)的相对根伸长率和发芽指数均为98%。污泥的添加会影响黑麦草的生长,不稳定处理(NSS)的相对根伸长率和发芽指数分别为48%和35%。
5.污泥经过钝化后其生态毒性降低。在盆栽实验中,ATP处理的株高、分蘖数、湿重、干重和叶绿素含量分别是CP处理的1.2倍、2倍、1.3倍、1.3倍和1.2倍。
6.污泥经过钝化后部分重金属被固定,生物可利用性降低,黑麦草从根部富集重金属的能力减弱,向上转运的能力也减弱,其中Cu和Zn富集和转运能力比Pb和Cr强。
7.通过淋溶实验可以确定,将质量分数为10%的钝化污泥施用于土壤不会对地下水造成污染,淋溶液的重金属含量均低于地下水Ⅳ类限值。在淋溶条件下重金属和营养元素的累积释放过程是一个由多因素变量控制的复杂过程。
1.凹凸棒土经过改性后,其吸附性能增强。原凹凸棒土吸附Cu2+的吸附量为0.31mg/g。通过单因素实验和正交实验发现在搅拌时间为90min,改性温度为90℃,氢氧化钠浓度为5mol/L时对凹凸棒土改性,其吸附Cu2+的吸附量为0.96mg/g,与原凹凸棒土相比吸附量增大了68%。
2.污泥经过钝化后用于园林绿化具有可行性,各项指标如电导率、pH、有机质含量和重金属含量均符合污泥园林绿化的要求,且更适合将钝化污泥施用于碱性土壤。
3.钝化剂的添加量和钝化时间对重金属的形态有很大影响。随着钝化时间的延长和钝化剂添加量的增加,四种重金属的残渣态呈现增加趋势,其稳定性增强。其中在污泥中添加质量分数25%的改性凹凸棒土并钝化28d时,四种重金属的钝化效果均较好,在该条件下,Cu、Zn、Pb、Cr的稳定系数均大幅度减小,说明改性凹凸棒土钝化污泥是一种有效的降低重金属活性的方法。
4.钝化污泥可以提供更多的营养物质供黑麦草生长。在种子萌发和根伸长实验中,对照处理(CP)的相对根伸长率和发芽指数均为82%,钝化处理(ATP)的相对根伸长率和发芽指数均为98%。污泥的添加会影响黑麦草的生长,不稳定处理(NSS)的相对根伸长率和发芽指数分别为48%和35%。
5.污泥经过钝化后其生态毒性降低。在盆栽实验中,ATP处理的株高、分蘖数、湿重、干重和叶绿素含量分别是CP处理的1.2倍、2倍、1.3倍、1.3倍和1.2倍。
6.污泥经过钝化后部分重金属被固定,生物可利用性降低,黑麦草从根部富集重金属的能力减弱,向上转运的能力也减弱,其中Cu和Zn富集和转运能力比Pb和Cr强。
7.通过淋溶实验可以确定,将质量分数为10%的钝化污泥施用于土壤不会对地下水造成污染,淋溶液的重金属含量均低于地下水Ⅳ类限值。在淋溶条件下重金属和营养元素的累积释放过程是一个由多因素变量控制的复杂过程。