关键词：电镀废水；重金属；电镀污泥；资源化
中图分类号：X781.1
文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8010502
1引言
电镀污泥是电镀行业产生的主要固体废弃物，因电镀废水处理过程中大部分重金属附着在电镀污泥中而使电镀污泥的重金属严重超标，因此，电镀污泥被列为危险固废。就目前而言，我国的污泥处置发展落后于污水处理设施，在污水处理厂建设的初期，往往只重视污水的处理而忽略了因处理而产生的大量污泥的处理[1]。
电镀污泥作为固体废弃物也应遵循固废处理的3R原则：无害化、减量化、资源化。根据环境保护部的《城镇污水处理厂污泥处置及污染防治技术政策》，污泥处置的首要目标是“减量化”、“无害化”和“稳定化”，“资源化”，且作为更高层次的要求存在。但是作为污泥，它具有的污染性和资源性双重特性，在保证无害化的前提下对其进行一定的资源化是目前电镀污泥研究的重点。
2电镀污泥的特性
电污泥因电镀工艺的不同存在一定的区别，这也是阻碍电镀污泥的资源化的一个重要原因。而污泥的理化性质是决定其处理方式的关键[2]。陈永松[3]等分析了12种来源不同的电镀污泥试样发现：电镀污泥的pH值在6.70～9.77之间（偏碱性）；水分（一般在75%～90%之间）、灰度含量高（>76%）；污泥组分十分复杂而且分布极不均匀；重金属含量很高，远远超过国家相关标准。在电镀污泥中的常规化合物有Al2O3、Fe2O3、CuO、SiO2、CaO、SO3、Na2O、MgO等[4]。
总的来说，电镀污泥具有含水率高、重金属质量分数大且热稳定性高、极易造成二次污染的特性。
3电镀污泥资源化的方法
目前，国内外对于电镀污泥资源化的方法研究主要集中在重金属回收技术和材料化技术这两大方向[4]。
3.1重金属回收技术
重金属回收技术通过化学、物理、生物等方法收集回收电镀污泥中的有价金属从而实现污泥的资源化。其主要的方法途径如下。
3.1.1浸提法
浸提法是指通过浸提剂与电镀污泥中的重金属反应来收集有价金属的方法。根据浸提剂的不同分为酸浸法、氨浸法和生物浸取法。酸浸法用硫酸、盐酸等作为浸提剂，主要针对铜、铁、镍等[5，6]有价金属的回收；氨浸法常用氨水作为浸提剂，主要针对铬[7]的回收利用；生物浸取法主要是利用化能自养微生物[8]的生化作用将电镀污泥中的重金属由固相变为游离态进入液相，再进行回收利用。
3.1.2熔炼法和熔烧浸取法
熔炼法主要用于回收电镀污泥中的铜、镍重金属[9]，但因回收的效率不高且能耗大，并未得到广泛运用。熔烧浸取法是先在高温下熔烧，去除电镀污泥中的一些杂质，然后用酸、水等介质提取有价金属的资源化方法。
3.1.3焚烧-回收法
焚烧-回收法是在电镀污泥经焚烧的基础上，对焚烧渣中的重金属进行回收利用的一门技术。裔兆君[10]等通过对电镀污泥焚烧残渣中的Cu、Ni形态分析发现焚烧处理能明显达到减量化。国内外研究表明焚烧-回收法能有效实现电镀污泥的“减量化”和“无害化”。此法不仅有效的减少了电镀污泥的体积，还能产热给其他产业提供热能，而且最后残渣中的重金属也有很好的去处――回收利用。
3.1.4复合法
目前，电镀污泥中重金属的回收多是采用复合方法，例如顾冬梅[11]等对电镀污泥进行还原焙烧―酸浸处理得出还原焙烧比直接焙烧更有利于电镀污泥中铜的选择性浸出：煤粉投加量为10%、碳酸钙投加量为0.5%、温度为700℃、焙烧时间为20min时，电镀污泥中铜的浸出率可达98.3%，含量达到15.07%。郑顺[12]等对电镀污泥氯化焙烧-弱酸浸出工艺的研究表明：盐酸为1mol/L、浸出时间为45min、浸出温度为318K、液固比为4∶1时，镍的浸出率为97.48%，铜的浸出率为87.65%。
3.2材料化技术
材料化技术是指利用经过无害化处理的电镀污泥，将其作为原料或者辅料用于生产建筑材料、有机化肥材料等的技术[4]。丁庆生等[13]用钢铁废水污泥、钡泥、铜渣和电镀污泥作为主要原材料，掺入页岩、淤泥等校正原料制成防辐射功能集料，其重金属浸出浓度达到GB5080.3―2007的要求。
3.3其他资源化技术
3.3.1电镀污泥铁氧体化处理法
李磊等[14]采用酸浸―铁氧体化―毒性浸出分析工艺实现了电镀污泥的资源化。经过TCLP毒性鉴别，发现残渣及合成铁氧体都达到无害化。残渣可以用于安全填埋或者作为材料化技术的安全原料；铁氧体则可以作为工业产品被运用于生产实践中。
3.3.2电镀污泥的生物处理法
曾猛等[15]利用嗜酸性氧化硫硫杆菌（A，t）进行生物淋滤，经处理后的电镀污泥适合于农田施用。电镀污泥之所以不能用于农田回用的一个主要原因就是重金属含量过高，而P、S、K等营养元素又极度匮乏。通过这种生物处理法，能够有效的改善这种情况，实现了电镀污泥回用农田的可能。
4分析与展望
电镀污泥的成分和性质十分复杂[16]，如何经济高效地将其资源化一直是研究的重点和难点。在对电镀污泥资源化的过程中应注意避免二次污染的产生。就目前电镀污泥资源化存在的问题分析，其资源化方法与技术在今后主要集中展现在以下几个方面。
（1）复合化：单一的重金属回收技术产生的二次污染对环境污染极大。重金属回收技术应多采用复合方法来减弱对环境的不利影响，进而有效避免二次污染的产生。这也是将来电镀污泥中重金属回收的发展趋势。
（2）无害化：是材料化技术电镀污泥资源化的前提；也是重金属回收技术的目标，只有做好无害化，才能更好的利用电镀污泥。
（3）生物化：生物法在处理环境问题中的优势愈加明显，如何更好地利用微生物处理电镀污泥是将来研究的重点。
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随着城市生活污水处理率的逐渐提高，城市污泥产量也不断增加。本文分析了污泥的特性，论述了目前国内外污泥处置技术（土地填埋，堆肥化，焚烧，排海）与资源化利用主要方式（土地利用及建材利用）及存在的问题。
关键词：
城市污泥，重金属，资源化
中图分类号：B834文献标识码：A
Abstract:
Withmoreandmorewastewaterbeingtreated,theamountofsewagesludgehasincreaseddramatically.Thispaperanalyzedthepropertyofsewagesludgeanddiscussedtheissuesresultingfromsuchtreatmentprocessesaslandfilling,composting,incineration,seadischarge,andsomeutilizationtechniques.
Keywords:
Sewagesludge,heavymetals,utilization
前言：
随着经济发展、城市规模扩大和人口增加，城市污水处理厂的负荷迅速加大，污水处理产生大量的固体废弃物――污泥。截止2008年，全国日污水排放量达13.4×105万吨，经处理后约0.5%~1.0%转化为污泥[1]。随着城市污水处理厂的增多和污水处理率的提高，污泥排放量将持续增高。污泥处理处置也日益成为一大难题。
1、污泥特征：
污泥成分十分复杂，是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物、无机物等组成。其中的固体物质由污水处理过程中截留下来的悬浮物、生物处理系统排出的生物污泥以及由于投加药剂而形成的化学污泥组成。包括混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒以及难降解的有机物、重金属、盐类及病原微生物和寄生虫等[1]。
污泥中含约70%~80%的水分，且难以去除，如果处置不当，污泥中的水除了一部分自然蒸发到空气中外，大部分将渗入地表土层，并在雨水等的冲刷下进入地表水系统或影响地下水，污泥中的污染物将沿着这两种途径进行传播。
污泥中有机物含量丰富，Min-jianWang[2]通过研究中国七个城市市政污泥发现有机质含量平均为31.75%。主要营养元素N、P、K含量分别为：2.53%，1.05%以及0.74%。高的有机质含量使得使得污泥释放大量的恶臭气体的同时及容易腐化[3]。未经处理的城市污泥任意排放会对环境造成严重的危害。
污泥中不仅含有大量有机物，还含有N、P、K等植物营养元素，以及Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等植物生长必须元素，同时还含有SiO2、Al2O3等矿物材料。如果能将污泥实现资源化利用，不仅可以减少污泥对环境所造成的不良影响，还能达到节约资源的目的。本文针对目前城市污泥处置方式以及资源化利用途径进行探讨。
2、污泥处理处置与资源化利用方式
目前，世界上大多数国家对城市污泥的处置普遍采用土地利用、堆肥、焚烧和排海四种方式。各国的国情不同，不同处置方式在不同国家所占的比例也不相同[4]。世界上发达国家对污泥的处置平均为45.3%为农用，38%为填埋，10.5%为焚烧，6.0%为排海。如，美国和英国以农用为主（30%和42%），加拿大以焚烧为主（40%），西欧以填埋为主（45%）。目前我国的污泥处置状况主要还是农业利用。各种污泥处置方法比例大致为：农用44.8%，填埋31%，无污泥处置占13.7%[5]。
2.1污泥处理处置方式
2.1.1土地填埋
土地填埋是处置城市污泥的基本方式之一。该法处理过程非常简单，适于质量较差的污泥。但是，这种处置方式在浪费了污泥中的有用成分的同时，有害成分的渗漏也会对地下水造成污染，而且污泥含水率高，使得运输和填埋场地建设费用较高，可供填埋的场地越来越少[6]。在美国，填埋造成的问题日益严重[3]。据美国环保局估计，今后十几年近80%的填埋场将关闭[7]。
2.1.2堆肥化
堆肥化是指依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐植质转化的微生物学过程。进行过堆肥处理的污泥质地疏松，阳离子交换量增加，容重减少，同时病原微生物能被有效杀灭。林云琴等[8]采用强制通风好养静态方式对城市污泥进行堆肥实验。当堆肥进行到第20天左右，已完成了一次发酵。污泥有机质发生降解，TN、TP和TK含量都成上升趋势，VS和有机碳分别达到60%和30%的稳定状态，小白菜种子发芽指数达到100%左右，并有效杀灭病原菌，实现城市污泥无害化、稳定化和减量化的要求。使得腐熟的污泥堆肥成为较高价值的农用产品。
2.1.3焚烧
城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素、木质素等，具有一定的热值，经脱水干燥后可用焚烧来加以处理。焚烧后产生无菌、无臭的无机残渣。污泥灰量大约是含水率75%的污泥的1/10，最大限度的减少污泥体积。是一种可靠而有效的处置方法。但是，城市污泥存在不易燃烧、产热量低、污染空气、操作管理复杂、能耗和运行费用高等缺点，使得污泥焚烧处置的投资巨大[3]。同时，在焚烧的过程中会产生大量酸性气体、颗粒物及二英等有毒污染物，造成大气污染[9]；另外，污泥中的重金属焚烧之后转移到底渣和飞灰中，限制了底渣和飞灰的进一步资源化利用。
2.1.4排海
这是一种操作简单而经济的处理方法。但是，污泥进入水体后，其中的有毒有害物质溶出，导致海洋环境的恶化。随着人类生态环境意识的加强，越来越多的人关注污泥投海对海洋生态环境可能存在的影响。1988年美国规定禁止向海洋倾倒污泥，并于1991年全面加以禁止[10]，欧盟规定2005年以后，有机物>5%的污泥禁止排海[11]。
2.1.5污泥主要预处理技术
城市污泥若采用填埋处理一般要求污泥水分低于60%[12]，焚烧处理则要求污泥的水分低于40%，城市污泥只有经过预处理才能满足填埋或焚烧处理的水分要求。目前，城市污泥主要的预处理方法主要有热干燥法[13,14]（直接热干燥法、间接热干燥法、直接-间接联合式干燥法）、生物干燥法[15]、石灰干燥法、湿热水解脱水法以及太阳能干燥法[16]等。
2.2污泥资源化利用方式：
2.2.1土地利用
土地利用是把城市污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。污泥中的有机质、N、P分别可达厩肥的数倍[17]，可以用作肥料或者土壤调节剂。城市污泥中的有机质可促进土壤团粒结构的形成；提高土壤有机质的含量；同时可提供给植株所需的N、P、K、Ca、Fe、Mg、Cu、Zn、Mn等微量元素。污泥的农业利用逐渐发展为最具有潜力的污泥处置方式。孙永明等[18]将城市污泥应用在矿区废弃地复垦中发现，由于污泥中含有大量的N、P、K和有机质，同时污泥具有较强的粘性、持水性和保水性等理化性质，不仅可以提高矿区土壤的肥力、迅速恢复植被，而且可以改善土壤的结构，从而达到复垦的目的。
但是，污泥中含有多种有机污染物质（如氯酚、氯苯、硝基苯、多氯联苯、多环芳烃和有机农药等），重金属（如Pb、Ni、Cd、Hg等）和盐类等，如果随意施用，污泥中的营养元素在进入土壤的同时，有机污染物、重金属和盐类也迁移到土壤中[19]，造成土壤板结、重金属累积超标，甚至造成耕地的不可逆退化；另外，随污泥带入土壤的大量N、P，通过农田排水、雨水淋洗，地表径流等方式又被带入地表水和地下水，造成水体的污染；而污泥中的多氯联苯等有机污染物和病原菌则可能通过食物链造成危害[3]。
2.2.2建材利用
污泥成分中含有一定的SiO2和Al2O3，可以用来生产某些建筑材料如水泥、砖、轻集料等。
以城市污泥焚烧飞灰和下水道污泥为主要原料，经过处理、配料，并通过严格的生产管理可以制成水泥。俞锐等[20]对污泥热值、热失重、焙烧后的化学成分等进行测试，并进行了不加助溶剂和添加助溶剂的两种焙烧试验。结果显示在900℃下焙烧得到的污泥，具有很好的易磨性。通过水泥胶砂强度检验发现，该焙烧污泥的火山灰活性较高，可用作混凝土粘合料。具有建材化利用的价值。但是在水泥水化时，会溶出大量的氯离子，同时硬化体在养护的和使用的过程中也会释放出氯化物，造成水泥中钢筋等腐蚀。因此这种水泥只能用于建筑灰浆或者土壤固化材料等[21]。
利用城市污泥制砖有两种工艺方式，一种是污泥焚烧灰制砖；另一种是干化污泥直接制砖。陈胜霞等[22]采用这两种方式制砖发现：用焚烧污泥灰制砖，其污泥灰含量较高，甚至达到100%，含量低于10%的污泥灰砖其强度性能比粘土砖高；用干污泥制砖，其适宜干污泥含量为5%~10%，干污泥砖强度与粘土砖相当。利用污泥制砖不仅处理了污泥，而且能够是污泥中的重金属得到固化和稳定化，同时杀灭了有害病菌。具有轻质、多孔、隔音降噪等效果。
王慧萍等[23]利用污泥和粉煤灰的混合比为6:4成型的配体，通过控制焙烧制度，生产出了筒压强度高达7.10Mpa，吸水率为7.0%的800级高强优质粉煤灰轻集料。Kae-longLin等[24]进行污泥焚烧飞灰的烧结性质的研究发现，污泥焚烧飞灰的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3以及P2O5，在焚烧温度为900~1000℃时，轻集料的抗压强度可以达到204MPa，同时该轻集料的各种重金属浸出浓度都满足标准的要求。另有研究者[25,26]利用城市污泥烧结制陶粒，实验结果表明，在合适的配料或者污泥经过改性后可以烧制超轻陶粒。
3、结语
随着城市工业化的发展，污泥产生量也将大大增加。而污泥中的有毒有害化学物质和病原菌是制约污泥进一步资源化利用的限制因素。无论采用何种资源化利用途径，都必须防止其对土壤、地下水等造成二次污染，需兼顾环境生态效益、社会效益以及经济效益的均衡。
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