摘 要：本文通过对采集的两类污泥（城市污泥、制药污泥）及其制备的活性炭进行消解处理及浸出实验，采用原子吸收分光法对消解液及浸出中重金属的含量进行测定，初步探讨了污泥中重金属转化规律，研究结果表明：污泥中重金属的含量变化范围很大，其中Zn含量最高，最高值达2859.4mg./kg，其次为Cu、Pb、Cr、Cd最少。其浸出实验中Zn最易浸出，最大浸出比为1.42%，Cu较难浸出，最小浸出经仅为0.080%。由污泥烧制的活性碳中重金属含量明显减少。浸出液中除桥西污泥所制活性炭浸出少量的重金属外，其它三种污泥所制活性炭增色未浸出重金属。这表明污泥烧制活性炭后Cu、Cr、Pd、Cd更加稳定，其原因可能是污泥制备活性炭过程中，可溶性重金属离子转化为难溶金属氧化物和残渣态所致。

关键词：污泥  活性炭  重金属元素  迁移转化规律

随着社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断增长。目前，全国已建成并运转的城市污水处理厂42余座，年处理能力为113.6*108m3/d[1]。
污泥是污水处理后的副产品，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥中除了含有丰富的可以利用的氮、磷、钾、多种微量元素和有机质，同时也含中大量的病原体、寄生虫（卵）、重金属和多咱有毒有害有机污染物，如果不能妥善安全的处置，将给生态环境带来巨大的压力。城市污泥中的重金属各类繁多，主要有Cu、Pb、Zn、Cr、Cd等，各城市污泥所含重金属的各类大同小异，但由于污水来源不同其含量相差甚大。污泥中的重金属由于其易迁移、易富集、危害大等特点一直是限制污泥资源化的最主要因素[2-4]。
本研究以城市处理厂污泥和制药厂污水处理站污泥两类作为研究对象，通过消化、浸出实验对其制备活性炭前后重金属元素迁移转化规律进行分析研究，以期为污泥资源化利用处置安全性提供科学的依据。
1实验部分
1.1实验污泥与活性炭
（1) 城市污泥：分别取自石家庄桥西、东开发区污水处理厂；
（2) 制药污泥：分别取自石药集团维生药业、中润药业污水处理站；
（3) 验活性炭：由采集来的污泥烧制而成。
1.2污泥含水率，挥发份和灰分的测定
（1）实验仪器：蒸发皿；烘箱；分析天平；电炉；干燥器；水浴锅
（2）实验步骤：
①含水率的测定：将60ml瓷蒸发皿用蒸馏水清洗放在干燥箱内，以105~110℃的温度烘2小时，取出后放在干燥器内冷却半小时，用万分之一分析天平称重，记录重量W1。再用托盘天平称20g污泥置于烘干后的蒸发皿中，用水浴锅蒸干。然后放入105~110℃的烘箱内烘2h，取出放入干燥器内冷却半小时，用万分之一天平称重，记录重量W2，带入下式计算含朋率：

②挥发性固体含量的测定：将测定完含水率的污泥放在电炉上炭化（烧至不冒烟），再放入600℃高温炉中，灼烧半小时，然后冷却或将温度降至110℃左右，取出放入105~110℃的烘箱烘半小时。然后称量记录质量W3，代入下式，即可求出挥发性固体含量。

式中：
W1—空蒸发皿质量（g）
W2—烘干污泥与蒸发皿的总质量（g）
W3—灼烧后的污泥样与蒸发皿的总质量（g）
V5—挥发性固体含量。
③灰分的测定：对于完全烘干后的干污泥试样，灰分可用下式计算：
A＝（1－VS）
1.3消解处理
（1）实验仪器和试剂：电热板；聚四氟乙烯坩锅中，用几滴水湿润后加入10ml浓HCl，于电热板上低温加热，蒸发至约剩5ml时加入15ml浓HNO3，继续加热蒸发至近粘稠状，加入10mlHF并继续加热，为了达到良好 的飞硅效果应经常摇动坩锅，最后加入5mlHCLO4并至白烟冒尽。对于含有有机质较多的污泥应多加入一些lHCLO4，加热至倾斜坩锅时呈不流动粘稠状，用水冲洗内壁及坩锅壁，温热溶解残渣，定容至100ml，来分析试液中重金属含量。
1.4浸出实验
（1）实验仪器和试剂：HY-4调速多用振荡器；0.45μm滤膜；1L聚乙烯塑料瓶；蒸馏水。
（2）实验步骤：取样50g（干基），置于1L聚乙烯塑料瓶中，加蒸馏水0.5L（将试样中的水计入），固液比为1：10。将塑料瓶垂直固定于震荡器上，调节震荡频率为120次/分，振幅40mm。实验温度为室温（25±25℃）。震荡时间8h，放置16h。以玻璃漏斗。0.45μm滤膜过滤，用于锥形瓶接取滤液（即浸出液），分析浸出液中有害物质含量。
1.5活性炭的制备
（1）实验仪器和试剂：烘箱；马福炉；分析天平；瓷蒸发皿。氧化锌、盐酸等。
（2）实验方法：将一定量的污泥颗粒与ZnCl2按一定因液比混合均匀，浸泡24h。然后把浸泡过的污泥入入干燥箱中干燥1h（105℃）后，放入马福炉中，在隔绝空气的情况下升温至活化温度进行活化炭化，升温时间控制在30min左右，维持适当时间。制成的活性炭冷却后，用热的10%盐酸清洗数次使之溶液澄清，再用热蒸馏水清洗数次，以去除炭中的杂质及Zn离子，清洗之后再把制成的活性炭放入干燥箱中干燥至恒重。
1.6重金属元素的测定
（1）实验仪器和试剂：原子吸收分光光度计，（AA-6650）；锌、铜、铅、铬、镉的标准贮备液和标准溶液。
（2）实验方法：将固体废物浸出液或消解直接喷入火焰，在空气一乙炔火焰的高温下，金属化合物解离子基态原子对其空心极灯发射的牲谱线产生吸收，在规定条件下，吸光度与试液中重金属的浓度成正比。
2实验结果与讨论
2.1污泥的含水率，挥发性固体含量，灰分的测定结果
将一定污泥的含水率，挥发性固体含量，灰分的测定结果，见表1

由上表可见，城市污泥含水率达到67.50%，制药污泥含水率达到77.17%，表明两类污泥均含有一定的水份，且制药污泥含水率高于城市污泥，污泥的挥发性固体含量能够近似的表示污泥中有机物的含量，城市污泥的挥发性达到51.17%，制药污泥挥发性达到48.17%，表明两类污泥均含有大量有机物，且含量相近。灰份则表示无机的含量，城市污泥灰份达到47.83%，制药污泥灰份达到52.33%，表明两类污泥均含有一定的类似于粘土的成分，且含量相近，由此可见，两类污泥均具备制备烧制污泥活性炭或陶粒的潜力。
2.2污泥制备活性炭前后重金属含量的变化规律
（1）污泥中重金属的含量测定
两类污泥经消解处理后，采用火焰原子吸收法测定消解液中的重金属含量，测定结果见表2
表2 污泥 消解后重金属含量的测定结果（mg/kg）
  
由表2可以看出，城市污泥中重金属元素的含量范围分别为：Zn2771.5~2859.4 mg/kg、Cu210.1~283.5 mg/kg、Pb101.5~122.3 mg/kg、Cd12.6~15.2 mg/kg、Cr120.8~131.6 mg/kg，这与所谓调研的文献报道相一致[5]。而污泥中重金属的含量范围分别为：Zn2398.3~2483.2 mg/kg、Cu169.9~235.0 mg/kg、Pb100.4~107.5 mg/kg、Cd7.5~10.3 mg/kg、Cr128.8~136.7 mg/kg，除Cr元素外均低于城市污泥，目前尚无制药污泥中重金属的含量文献报道。
城市污泥中重金属的含量 稍高于制药污泥，这可能由于污水处理厂所处理的污水不仅来自生活污水，还有工厂排放的废水；而制药污泥主要来自于药水废水，成分较单一，污泥中重金属的含量变化范围很大，极差高达几千mg/kg，其中Zn含量最高，最高值达2859.4 mg/kg，其次为Cu、Cd最少，这是因为我国城市大量使用镀锌管道，导致城市污水中Zn含量较高的缘故[5]。
国内外农用污泥中重金属的控制标准，分别见表3和表4

与我国农用污泥污染物控制标准相比，两类污泥中超标率最高的为Zn，其次为Cd，其它元素均没有超标，便若与美国环保局分布的标准相比，两类污泥中重金属的含重均不超标。
（2）污泥制备的活性炭中重金属的测定
两类污泥所制活性炭消解液中重金属含量的测定结果，如表5所示
 
由于目前尚无由污泥制备的活性炭中有关重金属含量的标准，因此，尚不能定量的判断由污泥制备的活性炭中的重金属是否超标。
（3）污泥制备活性炭前后重金属含量的对比分析
对比表2和表5测定结果可以看出，污泥烧制活性炭过程中重金属的含量明显减少了，要能是由于污泥制备污泥活性炭的过程中，可溶性重金属离子转化为稳定态的金属氧化物和残渣态，达到重金属稳定化目的。
2.3污泥制备活性炭前后重金属浸出量的变化规律
（1）污泥中重金属浸出量的测定
两类污泥浸出液中重金属含量的测定，见表6



与表8中毒性物质的浸出标准值相比，实验污泥浸出液中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd五种重金属均未超标。
（2）污泥制备的活性炭中重金属浸出量的测定
两类污泥所制活性炭提液中重金属含量的测定结果，见表9
表9  活性炭浸提液中重金属含量的测定结果（mg/L）
     
注：污泥烧制活性炭过程中，用Zncl2做活化剂，检测到含有大量的Zn，已超出标准曲线范围。
由表9可以看出，除桥西污泥所制活性炭浸提液中检出少量的重金属外，其它三种污泥所制活性炭浸提液中均未检出重金属。
（3）污泥制备活性炭前后重金属浸出量的对比分析。
污泥烧制成活性炭后其浸取液中重金属含量较污泥取液中含量大大减少，这说明污泥烧制成活性炭后Cu、Cr、Pd、Cd更加稳定，究其原因可能是污泥制备活性炭过程中，可溶性重金属离子转化为难溶性金属氧化物和残渣态所致。
4结论与建议
通过本文的研究，可得到如下两方面的结论：
（1） 污泥中重金属的含量变化范围很大，极差高达几千mg/kg，其中Zn含量最高，最高值过2859.4mg/kg，其次Cu、Cr、Pd、Cd最少。这是因为我国城市大量使用镀锌管道，导致城市污水中Zn含量较高的缘故。污泥中的重金属元素Zn、Cd、Cr、Pd较易浸出，其中Zn浸出量最多，这可能由于Zn在污泥中主要以不稳定态的形式存在，而Cu较难浸出，其原因可能在于Cu大部分以稳定的硫化物及有机态结合存在。
（2） 由污泥制备的活性炭中重金属含量明显减少。浸出液中除桥西污泥所制活性浸出少量的重金属外，其它三种污泥所制活性炭均未浸出重金属，显然，污泥烧制成活性炭后其浸取液中重金属含量较污泥浸取液中含量大减少，这说明污泥烧制成活性炭后Cu、Cr、Pd、Cd更加稳定，究其原因可能是污泥制备活性炭过程中，可溶性重金属离子转化为难溶性金属氧化物和残渣态所致。
由于重金属的不同形态表现出不同同的生物毒性和环境行为，因此，污泥及资源化利用中重金属对环境危害的大小，更大程度上取决于其形态分布。因此，今后的研究将侧重于污泥资源化过程中重金属元素的形态转化研究，以便更系统的找出污泥制备活性炭过程中重金属的迁移转化规律。
参考文献
1徐强主编，北京：污泥处理技术及装置，化学工业出版社，2000.
2Wu Q-T,Lin Y ,Zeng H-E-Study of adhesive for compound fertilizer developde withmunicipal sludge[J].Chima Water & Wasterwater ,1992,8(4):20-22
3Zhou L-X, Hu A- T,Ge-N-F,The composition of mumicipal sewage sludge and its effects on vegetables and soil[J].J Nanjing Agril Univ,1994,17(2):54-59
4鲁艳兵。施用污泥的土壤重金属元素有效性的影响因素[J]，热带亚热带土壤科学，1998，7（1）：68-71
5陈同斌，黄启飞，高定。中国城市污泥的重金属元素含量及其变化趋势。环境科学学报，2003，23（5）：561-569.