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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 环境 » 污染控制 » 【求助】污泥中的重金属去除
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yananxu

[交流] 【求助】污泥中的重金属去除

想跳过生物淋滤法，直接用酵母菌吸附污泥中的重金属，可行吗？
污泥中的固体颗粒，菌胶团中的重金属离子能被吸附下来吗？
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1楼2009-09-25 16:43:10
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wxzyfx

至尊木虫 (正式写手)
★ ★
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yunshaoxia(金币+1,VIP+0):积极回答问题 9-25 22:01
不太懂楼主的实验设计.
污泥也主要是生物，当你将你说的酵母菌投加后，酵母菌必然要与污泥中的生物接触，即便你所用的酵母对重金属有很强的吸附能力，换句话说能从污泥中的生物表面将重金属夺走，那样最后污泥和酵母如何进行分离？

虽然没做过具体试验，但是觉得用生物将污泥中的重金属吸附下来基本没有可能。污泥的主要含有生物和其分泌物，这些分泌物所组组成的三维立体结构往往对重金属的吸附络合作用往往更强。而简单培养的酵母等微生物，由于生长时间短，不太可能在其表面形成对重金属有很强络合作用的分子外三维结构。

要是真能找到一种对重金属吸附性强微生物，可以考虑生物固定化，然后入其它颗粒吸附剂一样方便与污泥的分离。

最后借帖问一下大家，污泥重金属去除有些可能的技术路线？
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2楼2009-09-25 17:18:20
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skylarking

金虫 (小有名气)
★
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还是生物淋滤法比较可靠一些
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3楼2009-09-26 10:13:37
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wangqiang2

xuexi
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4楼2009-09-26 10:16:09
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jifan

木虫 (著名写手)
★
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这个还第一次听说，可以试一下

查一些国外的文献，呵呵！
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5楼2009-09-26 15:34:58
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vaughn

版主 (知名作家)
★ ★
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yunshaoxia(金币+1):欢迎参与讨论
主要难度有几个：
1、污泥的量太大，很多有效而昂贵的方法不实用；
2、重金属污染在污泥中的分布比较复杂，不像土壤或者岩层那样，就相对集中简单一些；
3、在污泥中的有机质含量十分高，对重金属的污染，可能会造成二次污染。
个人觉得，应该按照以下流程进行处理：
1、污泥基础物性研究，用现代分析方法，弄清污泥中的各种重金属含量，有害污染物含量，组分等，粘度等工程物化性质也必须弄清楚；
2、应尽量本着先生物后化学的方法来处理，能用生物方法来处置的，尽量不用化学法，因为只要做好防渗，应该是可以安全堆存一段时间的；
3、要采用多种手段结合的思路来处理这个问题，从立体的角度来处理，主要立体手段有：
（1）在污泥上种植能够吸收重金属的植物，国内外已经做了很长时间的研究，应无问题做选择；
（2）在污泥中做细微管网分布，能够将溶液（含微生物）送到污泥各处；
（3）污泥中养殖特种蚯蚓等能够吸收重金属的生物；
（4)使用微生物等吞噬重金属；
（5）可以考虑将污泥部分用泵送入酸性废水中，在酸性废水中回收重金属；
(6)与一些固化剂尤其是与含碱的固废混合，固化重金属，但是效果要进行实验论证；
（7）酸性淋溶，在下部收集；
（8）用连续式清洗固液分离过滤机进行清洗，一天能清洗2000T以上，关键在于重金属的价值，要算经济账。
污泥中的重金属污染治理，是部里目前最为关切的问题之一，如何进行处置，要从经济、二次污染、技术可行性等多方面考虑，采用综合手段解决。
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6楼2009-09-26 16:54:50
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rayto

金虫 (小有名气)
★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
yunshaoxia(金币+1):欢迎参与讨论
下面这个是之前自己总结的，希望对你有帮助

城市污水处理厂污泥中重金属的去除研究进展
污泥中的重金属去除方法包括固化/稳定化法、化学法、生物淋滤法、植物修复法、电动力修复法、超临界流体萃取法。早期的有关国内外城市污泥中重金属处理研究方面，主要集中在重金属的稳定化方面，但这种方法并不能降低污泥中重金属的总体含量。后来又有了污泥中重金属的去除技术，这种方法能从总量上减少重金属的含量。前者主要是固化/稳定化法，后者则有化学法、生物淋滤法、植物修复法、电动力修复法、超临界流体萃取法。
（1）所谓固化/稳定化处理是利用物理—化学方法将有害废物掺和并包容在密实的惰性基材中，使其固化稳定化的一种过程。其过程有的是将有害废物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中的过程，有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程。固化/稳定化是固体废物无害化处理的一项重要技术，主要包括：水泥固化、石灰固化、热塑性固化、熔融固化、自胶结固化等。固化剂和电镀污泥混合，将污泥中的重金属等有害物质封闭在固化体内而不被浸出，以此达到消除污染的目的。水泥固化是最常用的固化技术，在美国被认为是一种很有前途的技术，它被证明对一些重金属的固定是非常有效的。Zorpas等在堆肥过程中用O％ 一30％斜发沸石用作膨胀物质，研究堆肥前后重金属形态与含量变化，发现随着天然沸石(斜发沸石)用量的增加堆肥中重金属浓度将下降。李润东等通过硫化床焚烧试验发现添加NaC1导致大多数重金属的固化率降低，对Ni而言，其影响并不显著。孙颖等采用石灰作为药剂对污泥样品进行稳定化试验发现高含量且主要以不稳定状态存在的重金属效果较好。李国学、李端等研究表明添加钝化剂均使重金属元素的可利用态降低。陈宏等研究发现适宜的化学添加剂能够降低或明显降低土壤重金属的植物可利用性，也能够降低重金属在植物体内的富集。尽管这些措施使得重金属的有效态和植物可利用态减少，但这只是化学形态上的变化，总量上没有变动。
（2）化学浸提法是通过添加化学提取剂将土壤、污泥以及沉积物中的污染物分离出来，从而降低有害物质含量的方法，这项工艺已经用于重金属污染土壤的修复。化学提取剂一般为无机酸、有机酸、螯合剂以及一些无机化合物。重金属从污泥中溶出后，液相中的重金属可通过添加CaO，NaOH，NaHCO3等碱性物质或NaS，H2S，FeS等硫化物使其沉淀从而得到去除。1.有机酸和无机酸。将酸加入污泥后，质子与重金属离子发生置换反应，重金属就会溶解到液相中。其去除原理为
污泥-M+酸→污泥+Mz++酸
影响重金属溶解率的重要因素是pH值。Jenkins等用1N 硫酸去除美国加利福尼亚洲污水处理厂污泥中的重金属。结果发现，污泥中Cu的去除率最低，只达到1%，其次为Cd 和Pb，这可能由于Cu 主要以有机结合态形式存在，且结合力比Cd和Pb强。研究还表明，当pH值降到2.0且反应时间达到24h，Cr，Fe，Ni 和Zn 的去除效率最大。Lo和Chen研究了硫酸对城市和工业污泥中重金属的去除效率。结果表明，pH 达到1.5～2时，去除效率最好，对于市政污泥，Cd和Zn是最易溶解的，去除率>95%；而对于工业污泥，Cd，Cr和Ni的去除率可高于97%，从而使污泥中的重金属含量符合美国农用标准。Wozniak应用HCl 去除活性污泥中的重金属，研究发现重金属溶解率在前12h 随着时间不断增大。Veeken等采用0.1M草酸、0.1M柠檬酸以及硝酸去除含固率为20%污泥中的重金属。结果表明，虽然加入草酸和柠檬酸后污泥的pH值只有3～4，但对重金属的去除率仍较高（Cu分别为60%和70%；Zn分别为70%和90%）。Marchioretto 等比较了硝酸、盐酸、草酸和柠檬酸对污泥重金属的去除效率，发现当pH 值为3～4时，柠檬酸对重金属的去除效果最好，Cd，Cr 和Zn 的去除率都可达到85%；而相同pH 值下，草酸对重金属的溶解能力较低，这可能与其络合能力有关；对于硝酸和盐酸，当pH值<3时重金属的去除率才有所提高，其中Cd和Pb可达100%。2.螯合剂去除重金属。较强的螯合剂如EDTA、NTA 可与重金属发生络合反应，反应式为：
污泥-M+EDTA/NTA→污泥+EDTA/NTA-M
Jenkins等用EDTA 去除污泥中重金属，Fe，Zn，Ni，Cr 和Pb 的最大去除率分别可达89%，45%，53%，33%和37%，而Cu 去除率只能达到8%。溶解的重金属可用石灰沉淀回收，或用Ca(OH)2 将pH值调到7.0后回收。Lo和Chen用EDTA 和NTA 对台湾污泥中的重金属进行去除。用EDTA 提取的研究表明，去除率随污泥性质的不同而不同：对市政污泥来说，Pb>Cd>Zn>Ni ≈ Cu>Cr；对于工业污泥，Cd>Ni>Pb>Cr>Zn>Cu。可以看到，与酸相比用螯合剂浸提Pb效率较高，但Cr，Ni和Zn相对较低。用NTA 提取时，对于市政污泥和工业污泥，重金属的溶出顺序为Cd≈Ni>Pb>Zn≈Cu≈Cr。处理后的污泥中重金属含量低于美国EPA 规定。3。添加无机物。Zhiping 等将FeCl3 分别加入含固率11.29%的厌氧消化污泥和20.82%的未消化污泥中， 发现4～7 天后污泥pH 值降到3，Zn 的去除率分别可达92%和65%，处理后的污泥Zn 含量可达标。厌氧消化污泥Cu，Mn 和Ni 的去除率分别可达30%，59%和39%；未消化污泥中可达46%，51%，51%。因此，对于厌氧消化污泥来说，低pH 值、低含固率、高FeCl3添加量时去除率较高；对于未消化污泥，由于缓冲能力较差，FeCl3 加入后pH 值下降较快，利于重金属的溶出。
（3）生物淋滤早期是利用微生物来浸提矿石中重金属的方法，它是通过微生物的新陈代谢使重金属得到溶解。它是指在曝气供氧和添加硫酸亚铁或硫粉粒的条件下，利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，使与固相处于吸附、化合状态的不溶性成分(重金属离子硫及其它金属)得以释放并转移到液相中的过程。参加生物淋滤的微生物最常见的有氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，它们是化能自养菌，其形态和生理性质相似，都极度耐酸，适宜在pH为1.5～4.0 时生长，区别在于其所需的底物不同。微生物淋滤过程中主要包括直接和间接两个机理过程，反应式为


可见， 在直接机理(3)中，金属硫化物通过微生物的作用直接被硫杆菌氧化成金属硫酸盐。在
生物淋滤的间接机理中，反应(4)需要硫杆菌的参与，而反应(5)则不需要微生物的作用，这两个反应循环进行，使越来越多的重金属溶解到液相中，同时反应(5)中生成的硫酸降低了pH值、加快了重金属的溶解。1、序批式生物淋滤。Wong 和Henry用氧化亚铁硫杆菌对加拿大厌氧消化污泥进行序批式生物淋滤试验。结果表明，pH为4时重金属的去除效率最好，而pH值>4或<1.5时，生物淋滤会受到抑制。实验证明曝气量为50cm3空气/L 污泥•min 时，重金属去除率最大；生物淋滤最适宜的温度为25°～35℃，超过40℃时重金属的去除率急剧下降。Tyagi 和Couillard通过序批试验比较了混合硫杆菌液与氧化亚铁硫杆菌液对厌氧消化污泥中重金属的去除效率，经过12 天处理，混合菌的去除效率比单一菌种高10%，Zn，Cu，Pb 和Cd 的去除率分别可达96%，75%，55%和50%。Blais 等。在序批式反应器实验中，研究了两种硫杆菌对美国23种污泥中重金属的去除效果，经过10天的淋滤后，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌对重金属的去除率相近，Zn的去除率分别可达85%和82%，Cd 的去除率分别为82%和74%，两种菌都可很好地应用于重金属的去除。周顺桂等生物淋滤技术应用于制革污泥中铬的去除，淋滤处理8天后，Cr的溶出率可高达100%（污泥中铬的原始浓度为14519mg/kg），研究得到在能源物各种投加比例中，以4g/L的投加比例较好；pH下降到2.0 是使制革污泥中铬大量溶出的一个临界点，在pH 低于这个临界点时，污泥中铬去除率才可迅速达到80%～100%。由于序批式生物淋滤试验需较长时间（6～ 12天）才能达到高去除率，因此人们对连续流反应器进行了更多的研究。2、连续流研究。Couillard 和Mercier用连续搅拌反应器对厌氧消化污泥进行了生物淋滤试验，并设置回流和不回流两种处理。结果表明， 底物添加量较低时（1g/L），污泥经回流后淋滤效果明显好于不回流的处理；但是当硫酸亚铁添加量为3g/L 时，不回流的处理中在3天时Zn和Cu去除率可达77%和62%，设置回流的处理中Zn 和Cu 去除率分别为64%和50%。这说明底物添加量较高时，不回流的处理去除效果比回流的好。Tyagi 等研究了水利停留时间和回流比对生物淋滤的影响，研究发现停留时间为0.75天、回流比为20%时，重金属的去除效果最好。黄明等利用氧化硫硫杆菌来去除污泥中重金属，结果表明，在基质投配比为5g/L 并附以15%的驯化污泥回流条件下，能将污泥驯化周期缩短为5 天，Cu，Zn和Cd的去除率分别达到了70.8% ，80.4%和78.9%；同时，污泥中剩余的重金属含量可满足污泥农用的国家标准。
（4）2O世纪8O年代，电动技术在环境领域的应用开始兴起，起初主要用来去除土壤中的重金属。电动修复的基本原理是在污染土壤中插入电极对，在电极对上施加直流电后形成直流电场，土壤中的污染物质在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳等方式被带到电极两端，使土壤达到“清洁”。电动修复技术可以处理低渗透性的土壤，且不必向土壤中加入对环境不友好的物质。Soon—Oh Kim等在污泥中使用电动修复技术，通过调节阴极区pH和预酸化污泥的方式来提高污泥中重金属去除效率，研究发现重金属的形态分布对重金属的去除率有重要的影响。Mohamed 和Saleh用电动修复去除含固率30％的脱水污泥中重金属，应用于新鲜污泥的效果较好；但是，对于长期放置的污泥，用HNO3将污泥预酸化后进行电动修复，重金属去除率仍较低，这也进一步说明了污泥中重金属的分布及活性对电动修复的影响。我国对电动修复去除污泥中重金属的研究处于起步阶段，袁华山等对酸化污泥中的Cd，Zn和Cu在电动力作用下的去除率进行研究，发现5天后，经HNO3酸化的脱水污泥在电动力的作用下，Cd，Zn和Cu的去除率都有明显的提高，分别比未酸化的处理增加11％，9％和6％。
（5）植物法是指利用绿色植物来清除环境中的污染物,它利用耐重金属植物对土壤中的重金属进行提取、固定、蒸发，达到治理重金属污染的目的。具体包括以下几个方面：1.植物提取。利用重金属超富集植物（hyperaccumulator）从土壤中吸收重金属，并将其转运到可收割的部位；然后收割植物富集部位，并经过热处理、微生物、物理或化学的处理，减少植物的体积或重量，以达到降低加工、填埋和人工操作费用的目的。一般通过连续种植，可达到去除重金属的目的。目前已发现有700多种超积累重金属植物，但由于超量积累植物经常只能积累某些元素而无法积累所有重金属元素， 同时植物生长缓慢，它们的农艺性状、病虫害防治、育种潜力及生理学也了解很少，因此，目前还需要不断扩大寻找超量积累植物，以及改良超量累积植物品种。从目前的研究过程来看要把植物提取法运用到实际工程中，还需要在以下方面做更深入的试验研究，即：植物超富集重金属的机理， 植物体内重金属的回收再利用或者后续处理问题， 全国超富集植物资源的数量和分布， 同时还要在有代表性的地区创建植物提取法的示范研究基地，以便总结经验向全国推广。2.植物挥发。利用植物根系吸收金属,将其转化为气态物质挥发到大气中,以降低土壤污染。目前研究较多的是Hg和Se。湿地上的某些植物也可清除土壤中的Se,其中单质占75%,挥发态占20%-25%。3.植物稳定。利用特殊植物将污染物钝化/固定，降低其生物有效性及迁移性，使其不能为生物所利用，达到钝化/稳定、隔断、阻止其进入水体和食物链的目的，以减少其对生物和环境的危害。植物枝叶分解物、根系分泌物以及腐殖质对重金属离子的螯合作用等都可固定土壤中的重金属。
（6）超临界流体萃取(Supercritical FIuid Ext—raction，简称SFE)是2O世纪7O年代末发展起来的一种新型物质分离及精制技术。所谓超临界流体，是指物体处于其临界温度和临界压力以上时的状态，在临界点上，流体具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相近的密度和良好的溶解能力，能够深入到提取材料的基质中，发挥非常有效的萃取功能，而且这种溶解能力随着压力的升高而急剧增大 。常见的超临界流体有CO2，H2O，C2H4。等，其中CO2流化学性质稳定且萃取后可以回收，不会造成溶剂残留，被称为“绿色溶剂”。用超临界流体去除固相或液相中的重金属已成为最近的研究方向，但是重金属离子带有正电荷，具有较强的极性，使得重金属离子与CO2之间的范德华力很弱，难以直接萃取。Smart等选择带有8～10个烷基链的配合剂添加在超临界CO2流体中，对纤维素、沙地、粘土、木材和土壤中的重金属进行去除，发现带有硫的有机磷酸酯对重金属的去除很有效，不添加配合剂的处理中重金属不能得到较好的去除。Laintz等为了了解超临界流体C02对重金属的去除效率，将已知浓度和已知存在形态的重金属Cu2+，Co2+，Zn2+，Mn2+，Pb2+和Ni2+吸附在硅胶、空白砂等吸附质上，然后用二硫代氨基甲酸盐作为配合剂，结合甲醇改性剂，进行超临界萃取。结果发现，超临界流体CO2对重金属的去除效率明显提高而且省时。
总体来看，去除污泥中重金属的处理技术并不是消灭重金属，而是将其从污泥中分离出来 。这些方法对污泥中某些重金属，特别是工业污泥有较好的去除，使污泥中剩余的重金属含量可满足污泥农用的标准，从而安全地应用于农田并避免污泥使用对土壤造成长期的重金属积累。
固化的技术一般应用危害性较大的危险废弃物，需费用大量的固定化材料，对于大量泥量来说，固定化材料消耗太大，且固定化的废物最终处置也是一个问题。再者污泥不能够资源化。药剂稳定化技术是一个新的研究开发领域，近年来国际上提出采用高效的化学稳定化学药剂技术。稳定化技术要消耗大量的稳定化药剂，增加污泥量，降低污泥的肥效。
对于化学去除法，无机酸对一些重金属的去除率可达100％，但是由于对酸需求量很大，且需要大量的水、石灰来冲洗或中和污泥； 同时，仪器易被强酸腐蚀等因素，使该工艺花费很大，因此这种方法并不适用。相比之下，用有机酸去除污泥中重金属较有前景，其pH值较为适中为3～4，且去除率比无机酸高。另外，有机酸在好氧和厌氧条件下均可降解，并且脱水后可用于堆肥，所以这种方法值得关注。
生物淋滤对污泥中重金属的去除率较高，且由于酸和石灰的消耗较少，其花费比化学方法节省80％。用化学方法去除Cu时，pH1．5或更低时效率较高，而用生物淋滤法在pH值为3～4时就有较好的去除率。另外，生物淋滤过程不会使污泥中的营养成分减少。但是，生物淋滤过程中的微生物在自然条件下不能起到去除重金属的作用，其工艺条件较严格，硫杆菌是严格好氧的，只有在充分供氧的情况下才能有效地利用微生物进行重金属的去除。重金属含量很高的污泥淋滤液难以处理也是应用性不强的原因。
电动力修复已经在中试实验中有较好的效果，但是该项技术并不成熟。大部分的小型实验表明电动修复局限于粘质矿物中人为污染物的去除。因此，在电动修复达到较好效率之前，需要进一步地进行基础和应用方面的研究。
超临界流体技术应用于污泥中重金属的去除处于起步阶段，由于其过程的复杂性以及有效配合剂的花费，大大限制了该技术的应用，而且超临界流体技术中配合剂的再生以及降低消耗还需要进一步研究。
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7楼2009-09-27 10:59:43
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zhaolixiang6

铁虫 (小有名气)
★
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学习中，貌似都很昂贵。
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8楼2009-10-13 22:50:12
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zhaolixiang6

铁虫 (小有名气)
植物提取比较理想，可行
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9楼2009-10-13 22:51:11
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yananxu

测定废水中锌、镍离子的方法

用于基层实验，原子吸收法实验室没有。
想用分光光度计法测。有没有相对简单、快速的测定方法。
谢谢。
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10楼2009-12-02 16:10:47
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