含矿污泥处置技术研究

朱 霞

(成都理工大学环境与土木工程学院，四川 成都 610059)

引言

含矿污泥是溶矿水处理过程中产生的固体沉淀物，污泥中含有的重金属离子等有害成分进入环境中会对环境造成破坏，还会阻碍污泥的资源化利用[1]，部分重金属离子进入河流被鱼虾吸收，最终进入人体，会对人体健康造成影响[2]。因此，去除含矿污泥中的重金属离子，研究含矿污泥的处置技术，达到“减量化、资源化、稳定化、无害化”[3]，对环境保护方面具有重要意义。本文对污泥的一般处置技术和重金属离子的处理方法进行研究，提出相应的含矿污泥的处置技术建议。

1 污泥一般处置技术

我国目前污泥的处置技术一般采用填埋、焚烧或建材利用等处置方式，当污泥含有有益成分时，可进行资源化利用，如土地利用等。

卫生填埋是将污泥运至垃圾填埋场与垃圾混合进行无害化填埋，是一项比较成熟的污泥处理技术。目前，我国对污泥的处置技术主要采用卫生填埋的方法[4]；国外过去采用填埋方法较多，目前由于场地的限制，填埋的处置技术在发达国家的占比在逐渐减小[5]。

污泥焚烧主要原理是通过焚烧炉焚烧，使污泥完全矿化为少量灰烬。目前国外使用较多的是鼓泡流化床[6]，国内则试制了循环流化床锅炉[7]，但易产生大量飞灰，造成粉尘超标排放。

污泥土地利用是污泥资源化利用的一种，是目前污泥处置技术中最具有发展潜力的利用方式。主要是将处理后的污泥作为肥料用于园林、农业，除此之外，也可作为土地改良的材料。目前，国外土地利用在污泥处置技术中占比较大，最高达80%，国内污泥土地利用仅占10%[8]。其中，污泥堆肥处理是污泥处理方式中的最优处置技术，堆肥工艺有高温好氧发酵处理技术等[9]。

污泥建材利用是将处理后的污泥作为部分原料应用于水泥、活性炭、陶粒和制砖等。目前，污泥的建材利用技术已基本成熟，具有较好的应用前景。在污泥建材利用方面，世界范围内，日本是最重视的国家，德国、美国等也在建材利用方面进行了大量研究并加以推广，我国在原料中添加脱水污泥制造陶粒也有较大规模的应用研究[10]。卫生填埋、污泥焚烧、污泥堆肥和建材利用的适用范围及优缺点对比见表1。

表1 污泥的一般处置方法对比

2 重金属离子的处理

含矿污泥中含有大量的Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等重金属离子，会对环境造成破坏，进入人体会对人体健康产生极大危害，也会影响污泥土地利用。所以，研究污泥中的重金属离子处理方法具有重要的意义。

目前有效的重金属污泥处理方法有2种。去除污泥中的重金属，包括非生物处理方法(物理、化学)和生物处理方法。前者成本较低，效果明显，但所用时间长，占地面积大，操作繁琐，所以非生物处理方法的研究目前引起了广泛关注；钝化污泥中的重金属，减少其在环境中的迁移，即污泥稳定化处理。

2.1 重金属处理方法

2.1.1 生物淋滤法

生物淋滤法是利用微生物的作用使重金属发生氧化、还原、溶解和络合作用，将其浸提分离去除，是污泥处理的主流工艺之一，常用的微生物是氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌。Cho等[11]用氧化亚铁硫杆菌试验，溶出了Cr、Cu、Zn和Ni等，结果表明，Cu、Cr的溶出率为82%和65%；朱南文[12]研究结果表明，重金属在硫杆菌作用下Zn、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb溶出率为80.3%、77.7%、71.6%、54.1%、38.5%和26.4%。

2.1.2 电动修复技术

电动修复技术是指在电场力作用下，以电迁移、电渗流的方式去除污泥中的重金属。电动修复技术的应用方面，周邦智[13]的研究结果表明，Zn、Pb、Cu的去除率分别为100%、75.2%、29.1%。电动修复的主要影响因素有电压梯度、电流密度、电解质浓度、污泥pH和电极材料，电动修复去除重金属能源消耗大，电解质浓度不高时，电流效率低。因此，电动修复技术应多与其它物理、化学方法结合，当前的研究热点是螯合剂或表面活性剂协同电动反应。

2.1.3 微波法

微波法的主要原理是加快去除重金属的反应速度，缩短时间，提高效率。薛腊梅等试验发现，当微波功率、辐射时间为900W、10min时，EDDS对Pb、Zn、Cd的去除率分别为89%、71%、29%，相较于未引入微波时各重金属的最高去除效率分别提高26%、33%、8%，时间从6h缩短至10min[14]。

2.1.4 化学淋滤法

化学淋滤法是通过化学试剂淋洗，将重金属离子浸提至液相，从而达到去除目的。常用的试剂有无机酸(HNO3、HCl、H2SO4)、有机酸(FeCl3、CaCl2、NaNO3)、 螯合剂(EDTA、EDDS、PESA、PASP、Na2EDTA、IDS、GLDA)和一些生物表面活性剂(胆酸钠、α-淀粉酶、槐糖脂、鼠李糖脂、茶皂素)等。目前国内外化学法的研究热点是发掘绿色环保的新型生物可降解螯合剂。Bassi等用柠檬酸去除重金属离子，试验结果表明，Cd、Pb、Zn、Cu的浸出率分别达到100%、84%、50%、40%[15]。

2.1.5 吸附法

吸附法主要是去除污泥中的重金属离子。通过固体吸附物本身具有的物理、化学吸附性能来吸附污泥中的重金属离子，达到去除效果。常用细菌、霉菌、酵母菌、藻类和有机物吸附金属离子。Kosobucki等研究表明，粒径0.7～1.0mm的天然沸石对污泥重金属的吸附效果最好[16]；Klimmek等研究了藻类对重金属的吸附情况，结果表明，蓝藻对Pb、Cd、Ni、Zn等重金属离子的吸附量最高[17]。因此，藻类吸附重金属效果好、成本低，具有广阔的发展前景。

2.2 重金属的稳定化处理

稳定化法主要是通过添加稳定剂降低重金属的迁移性和生物有效性，达到降低重金属对环境危害的目的。常用稳定剂有碱性物(石灰、粉煤灰等)、硫化物(Na2S、硫、FeS、硫酸铵、硫酸铁等)、盐类(磷酸盐、硅酸盐、腐殖质等)。曹仲宏等研究表明，生石灰、粉煤灰和黏土3种添加剂均有利于Cr和Cd向稳定形态转化，其中粉煤灰对Cr向稳定态转化的促进作用最明显，而黏土对Cd的稳定作用最强[18]。在稳定化处理含矿污泥的过程中，污泥中含有的有机质和营养元素没有被钝化，后期可以将污泥进行土地利用处置，所以稳定化法的实际应用较广泛。但由于稳定化的重金属离子有一定的稳定时效，无法彻底清除重金属对环境的危害，且极易造成二次污染，所以使用稳定化法处理重金属需慎重。

2.3 适用性分析

上述几种处理重金属离子方法中，生物淋滤法、电动修复技术、微波法、化学淋滤法和吸附法均能有效去除含矿污泥中的重金属离子，重金属的稳定化处理也能有效减少重金属的生物有效性，但均有一定的局限性。各方法优缺点见表2。

表2 重金属离子处理方法对比

不同处理方法有一定的适用性和局限性，根据表2对比分析处理方法的优缺点，选择适当的方式处理含矿污泥的重金属离子。

3 结论

根据含矿污泥中含有的重金属离子，结合不同的处理方法对重金属离子的去除效果，选择适当的方法，对污泥进行重金属离子去除处理，使污泥无害化、资源化。同时，分析污泥特性，选择污泥处置技术，对污泥进行资源最大化处理。但分析表明，重金属离子去除方法均有一定的局限性，易对环境造成二次污染，还需进行深入研究，尽可能减小对环境的影响。