堆肥化处理后污泥中重金属形态变化

王喜艳 李旭颖 高松花 周淑梅 王秀梅

（黑龙江农垦林业职业技术学院，黑龙江 宾西 150431）

城市污泥是指活性污泥法处理城市污水产生的初沉池污泥和剩余活性污泥的总称，是城市污水排放设施所排出的沉淀物。随着城市化发展进程不断加快，人民生活水平不断提高，生活污水大量增加，城市污水处理程度和规模与日俱增，产生的污泥也越来越多。土地利用是目前国内外污泥资源化利用程度最高、处置比例最大的一种途径，而污泥中重金属的含量是限制污泥大规模土地利用的重要因素。有研究报道认为，污泥经过堆肥消化处理后对去除重金属的毒性有一定效果。

1 污泥堆肥化处理的作用

堆肥化有以下作用：消除臭味，杀死病原茵和寄生虫卵；降解大多数毒性有机物；固化和钝化重金属；改善物理性状，降低含水率(可低于40%)等等。由于污泥不是疏松的物料，容易结块，自由空隙少，过筛后的污泥颗粒细密，也不利于通气供氧，使发酵处于厌氧状态而易产生恶臭，从而达不到好氧消化的目的。因此，除污泥作为堆肥的基质之外，还应加入调理剂和膨胀剂，以调整物料状况，满足堆肥工艺或设备对物料的要求。

2 重金属元素不同形态的提取

为研究重金属元素在土壤中的迁移性和可被植物利用的程度，人们采用很多提取土壤中重金属元素的方法。由Ure等人提出的BCR（Community Bureau of Reference）三步连续提取法（Ure.A.M.et al，1993），特别是由Sahuquillo等人提出的修正BCR三步连续提取法（Sahuquillo A.et al，1999），是近年来在国外开展较多的研究重金属化学形态分布及其生物有效性的方法（Sutherland,R.A.et al，2002；Mossop.K.F.et al，2003；Pueyo.M.et al,2008）。利用这种方法可将土壤中重金属分为可交换态及弱酸溶解态、可还原态、可氧化态和残渣态四种形态。

可交换态和弱酸溶解态。可交换态和弱酸溶解态主要包括水溶态、阳离子可交换态和碳酸盐结合态，水溶态和可交换态在中性条件下容易释放出来，碳酸盐结合态是在醋酸体系(pH=5)溶解的重金属碳酸盐。

可还原态。可还原态是以盐酸羟铵还原而溶解的不定型铁锰结合的重金属。金属的铁锰氧化物结合态就是金属与铁锰氧化物联系在一起的被包裹或本身就成为氢氧化物沉淀的部分，这部分金属属于较强的离子键结合的化学形态，所以不易释放。

可氧化态。即有机物及硫化物结合态，是以重金属离子为中心离子，以有机质活性基团为配位体的结合或是硫离子与重金属生成难溶于水的物质。

残渣态。这部分金属存在于原生矿物的晶格中，在自然界正常条件下不易释放，能长期稳定在土壤和沉积物中，只有在风化过程才能释放，而风化过程是以地质年代计算的，相对于生物周期来说，残渣相基本上不为生物所利用。

3 实验材料

实验污泥为大庆市城东污水处理厂产出污泥。在污泥中加入酵素菌后进行自然发酵，制成堆肥化污泥。

4 实验结果（见表）

4.1 干化污泥和堆肥污泥中Cu的形态分布比较

在未经发酵堆肥化处理的干化污泥中，Cu主要以可还原态和可氧化态存在，二种形态约占污泥中Cu总量的80%。我们认为，可还原态和可氧化态可视为能够向两个方向转化的中间状态。曾有研究发现，污泥经过堆肥消化处理后可以增加污泥的稳定性。在我们的实验中可看出，经过堆肥消化处理后污泥中Cu的形态分布比例有所改变,相当一部分的可交换态和可还原态Cu转化为可氧化态和残渣态Cu。堆肥污泥与干化污泥相比，残渣态Cu的比例明显增加。换言之，污泥经堆肥化处理以后，相当一部分的Cu由易被植物吸收利用的有效态或潜在有效态转化为不易被植物吸收利用的稳定形态了。

4.2 干化污泥和堆肥污泥中Pb、Cd的形态分布比较

与堆肥污泥不同，在未经发酵堆肥化处理的干化污泥中，Pb、Cd主要以可交换和弱酸溶解态以及可还原态存在，这些形态的Pb、Cd分别占污泥中 Pb、Cd总量的 80%~90%。Pb、Cd在干化污泥中的移动性与Pb、Cd在土壤和堆肥污泥中的移动性有很大程度的差别。这说明污泥在经过发酵堆肥化处理的过程中，Pb、Cd和Cu元素一样，存在着由不稳定形态朝向稳定形态转变的趋向。其原因可能在于发酵过程中微生物的作用。

4.3 干化污泥和堆肥污泥中Zn的形态分布比较

Zn在干化污泥和堆肥污泥中的分布与Zn在土壤中的形态分布规律基本一致。经过发酵堆肥化处理的堆肥污泥中，可交换态和弱酸溶解态Zn所占比例有所降低，说明Zn经过堆肥化处理后，也存在着由不稳定形态向稳定形态转化的趋势。Pueyo等人的研究结果中，Zn在污泥和某些类型的污染土壤中也是以可交换态和弱酸溶解态为主（M.Pueyo,et al，2003）。

[1]吴吉夫,王淑坤,臧树良.城市污水处理厂污泥的有效利用和相关的环境问题研究 [J].辽宁大学学报,2002,29(1):90~91

[2]Sutherland,R.A.,and F.M.G.Tack.2002,Determination of Al,Cu,Fe,Mn,Pb and Zn in certified reference materials using the optimized BCR sequential extraction procedure[J].Anal.Chim.Acta.,454:249-257.

[3]M.PUEYO,et al.Heavy metals in the environment.Prediction of trace element mobility in contaminated soils by sequential extraction[J].Environ.Qual,2003,32:2054-2066.

[4]薛文源.城市污水污泥处理与处置的途径[J].中国给水排水，1992，1(8):41-46.