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1、毕 业 论 文超声协同硝酸提取城市污泥重金属的研究姓 名 院（系） 专业班级 学 号 指导教师 职 称 讲师论文答辩日期 年月日19摘 要有效降低城市污水处理厂污泥中重金属总量是污泥大量农用的关键，本文通过超声技术协同硝酸提取城市污泥重金属，以研究重金属的去除效果。结果表明，在超声时间为20分钟时，未加酸时五种重金属Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的去除率分别为：3.79%、2.04%、1.66%、0%和0%，而加酸时其去除率分别为：2.32%、40.68%、68.16%、26.98%和27.24%。除Cu外，其他重金属在超声波短时间协同下，酸化条件都能获得较好的去除率，尤其是对重金属Pb的去除。
2、在此基础上，本研究简要阐明了超声技术的提取机理，以及该种技术发展前景和研究方向。关键词：超声 协同作用 硝酸 污泥重金属 去除目 录1 前言11.1城市污水厂污泥问题的提出11.2 污泥重金属去除技术现状21.2.1物理方法21.2.2 微生物方法31.2.3 化学方法31.3 超声波概述31.4 研究内容与意义51.4.1研究内容51.4.2研究意义52 材料与方法52.1试验材料52.2试验仪器62.3试验装置62.4 试验方法72.4.1污泥样品的处理72.4.2重金属溶解态含量的测定82.4.3 重金属总量的测定82.4.4 污泥总固体含量的测定92.4.5 pH值和ORP的测定93
3、结果与分析93.1 超声时间对污泥pH和ORP的影响93.2 超声协同硝酸对污泥重金属溶出性能的影响103.2.1超声协同硝酸对污泥重金属Cu去除效果103.2.2超声协同硝酸对污泥重金属Zn去除效果113.2.3超声协同硝酸对污泥重金属Pb去除效果123.2.4超声协同硝酸对污泥重金属Cd去除效果133.2.5超声协同硝酸对污泥重金属Cr去除效果143.3 超声协同硝酸提取污泥重金属的优化分析154 结论与展望164.1 结论164.2 展望17参 考 文 献18英 文 摘 要20致 谢21毕业论文成绩评定表1 前言1.1城市污水厂污泥问题的提出 随着经济的发展，人们对环境的要求越来越高，用
4、以控制水污染的城市污水厂相继建成。目前，我国已建成并运转的城市污水处理厂有400余座，年处理污水能力为113.6108 m3。据测算，我国城市污水量在未来20年还会有较大增长，2010年污水排放量将达到440108 m3/d，2020年污水排放量将达到536108 m3/d1。2003年我国城市污水处理厂产生湿污泥量约为1.48107吨（按含水率80%计），每年以10%的速度递增3。另外，污泥处理费用能够占据污水处理厂总运行费用的20-50%，投资能够占污水处理厂总投资的30-40%1。因此，我国污泥处水处理事业在不断取得进步的同时，也将面临巨大的污泥处理处置压力。表1 西欧、美国和英国的污泥
5、处置情况处置方法 西欧 美国 英国 爱尔兰农用 30 40 42 60填埋 45 24 8 12投海 18 19 30 28焚烧 7 21 7 0调节土壤 - - 2 0经济利用 - - 6 6储存 - - 5 0目前，污泥处置方式主要有填埋、焚烧、倒海和农业利用等。从表1中可以看出当前世界发达国家主要的污泥处置方式就是土地利用， 从表2可知，在我国，以广州市为例污泥，一般含有大量的氮、磷、钾的营养成分，可以用作肥料和土壤改良剂。因此土地利用不但可以有效利用污泥中有用的营养物质，使其重新参与生态系统的物质循环，而且费用低廉，消纳量也很大，所以逐渐成为污泥利用的主流。但重金属却成为了污泥农用的主
6、要限制因子，无论是将污泥直接经过简单处理施入农田，还是将污泥发酵作为有机原料，生产有机肥或有机无机复合肥，都不可避免将对环境有害的重金属带入环境。同时城市污泥中大量的重金属，在土地利用过程中容易对土壤、地下水和动植物造成二次污染，即使经过堆肥化也未能对重金属的问题有实质性的解决。所以鉴于污泥中重金属所造成的巨大危害性的影响，各国的专家及学者针对去除污泥中重金属或降低其含量作了大量卓有成效的工作2。表2 广州市污泥中的营养成分（单位：）污水厂名称 氮 磷 钾猎德污水厂 3.23 2.25 2.11大坦沙污水厂 3.67 2.13 1.73广州开发区污水厂 5.41 3.32 1.45国内其它大型
7、污水处厂 2.4-3.9 1.2-3.5 0.32-0.431.2 污泥重金属去除技术现状1.2.1物理方法物理方法去除污泥中重金属的方法主要有活性炭吸附、电极法、电磁法等。活性炭吸附法的原理是由于活性炭具有发达的内表面，在其内表面上还可以嫁接各种基团如羧基、内脂、酚羟基、荧光内脂、羰基等，采用含有基团的活性炭吸附污泥中的重金属，达到去除重金属的目的。利用活性炭吸附污泥中的重金属后，虽然重金属可以回收，但是活性炭的吸附具有专一性并且活性炭的再生效率不高5。电极法是通过电流的作用来提高污泥的氧化还原电位(Eh值) 和在阴阳两极附近的溶液中的H和OH浓度，达到调节污泥的pH值的作用，有利于去除污泥
8、中的重金属离子6。 电修复技术是一种被证明有效的去除重金属污染技术，对重金属离子铅、镉、铬、砷和汞均有较好的去效果，这种无废液产生的电极法是一个值得关注的方向，但是存在技术、经济等原因的限制，而且该技术对于在酸性环境下并不易移动的金属离子则需要通过加入氧化剂使它们转变为易溶解和可移动的形式后再加以除去7。电磁法是利用高频电压产生电磁波，由于电磁波作用而产生热能，进而对污泥进行加热，使重金属在污泥颗粒内解析而达到修复的目的，该技术适用于一些易挥发性的重金属，如汞或硒等挥发性重金属，用此方法将其从污泥中去除，操作简单、而且经济可行8 。1.2.2 微生物方法微生物方法能有效地去除污泥中的重金属，那
9、是因为细菌产生的特殊酶能还原重金属，且对Cd、Co、Ni、Mn、Zn、Pb、Cu等有亲合力，利用微生物对重金属的络合、配位、离子交换和吸附,再通过酸化将重金属淋滤出来9。利用微生物来去除重金属时，除了少数重金属元素如Pb、Cr的去除率低于50%以外，其它元素如Cu、Zn、Cd、Ni 等的去除率一般在50%以上，在一定条件下甚至达90%以上。与化学法相比，微生物淋滤法费用更低。对污泥中氮、磷及有机物的破坏小，可保持肥料价值(90 %N、100 %P、100 %K) 10 ，生物淋滤方法把污泥的好氧消化和重金属淋滤结合起来，在负荷能力低和污泥固体浓度高时，生物淋滤过程最为经济。可是尽管微生物淋滤法
10、剔除污泥中重金属的效果良好，但如何妥善处理高浓度重金属的淋出液也是个问题，要防止环境二次污染，通常用电解法回收重金属，但成本高。另外，在去除大部分重金属后的污泥往往酸度较高，须进行中和后才可以农用，这同样使成本增加。因此该目前尚未达到实用阶段，仍需进一步研究和完善。1.2.3 化学方法去除污泥中重金属的化学方法原理是使污泥中的重金属由不可溶态的化合物向可溶态的离子态转化，所以除去污泥中的重金属可以通过提高污泥的Eh和降低其酸度(pH值)的办法来达到11。所以去除污泥中重金属的主要化学方法主要有酸化处理、离子交换、溶解作用、表面活性剂和络合剂等，使一些难溶的金属化合物转化为可溶态的金属离子或金属
11、络合物，达到去除它们的目的。目前研究最多的是是酸化处理， 另外就是利用络合剂的作用进行处理的方法。酸化处理法通常采用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸和有机酸等化学试剂来溶解大量的金属。而利用有机络合剂来去除污泥中重金属的原理是在一些难溶的金属化合物中加入络合剂后，将其转化为可溶态的金属络合物予以去除。酸化处理方法虽然是一个处理效果好、技术成熟、耗时短的方法，但是酸的耗用量大，费用昂贵，并且酸处理后的废液的后处理需要用大量的石灰来中和，这样不但使成本增加，而且易造成新的二次污染。而使用EDTA等络合剂处理后的含有重金属的络合物处理也是一个令人棘手的问题。1.3 超声波概述超声波为声波的一种，是介质（空气和
12、液体）中的一种弹性机械波，频率为15 kHz-10 MHz，超出人耳听觉上限。依据频率及用途不同，超声波又可分为功率、高频和诊断超声。功率超声波一般作为一种能量输入形式，常用于清洗、塑料熔接、溶液混合及强化化学化工过程等；高频和诊断超声波作为一种波动形式，常用于医学扫描、化学分析及松弛现象研究等12。 超声波协助提取污泥重金属的基本原理有三个：超声波热学机理、超声波机械机制和空化作用。热学原理是，超声能和其他形式的能一样，也会转化为热能。生成热能的多少取决于介质对超声波的吸收。所吸收能量大部分或全部将转化为热能，从而导致组织温度升高。这种吸收声能而引起温度升高是稳定的，所以超声波可以在瞬间使内
13、部温度升高，加速有效成分的溶解；机械机制是由辐射压强和超声压强引起的。辐射压强可能引起两种效应：其一是简单的骚动效应；其二是在溶剂和悬浮体之间出现摩擦。这种骚动可使蛋白质变性，细胞组织变形。而辐射压将给予溶剂和悬浮体以不用的加速度， 即溶剂分子的速度远大于悬浮体的速度，从而在它们之间产生摩擦，这力量足以断开两碳原子之键，使生物分子解聚；而空化作用是指由于大能量的超声波作用在液体里，当液体处于稀疏状态下时，液体会被撕裂成很多小的空穴，这些空穴一瞬间闭合，闭合时产生瞬间高压，即称为空化效应。这种空化效应可细化各种物质以及制乳浊液，加速待测物中的有效成分进入溶剂，进一步提取可以增加有效成分提取率13
14、。图1表示超声波的空化效应产生极大的压力造成被粉碎物细胞壁及整个生物体的破碎，而且整个破碎过程在瞬间完成；同时，超声波产生的振动作用加强了胞内重金属的释放、扩散及溶解，有利于重金属成分的提取13。图1超声作用下重金属从污泥絮凝体释放过程示意图絮凝体产生絮凝体的微生物纤丝分散的絮凝体产生絮凝体的微生物纤丝超声波空化气泡重金属离子超声波空化气泡重金属离子1.4 研究内容与意义1.4.1研究内容本文将重点研究污泥通过超声处理，使附着在污泥颗粒表面的重金属受超声空化效应得以解析，形成游离态重金属，再添加适量水分或调节酸碱度，通过搅拌离心，使大部分重金属与污泥分离，完成污泥重金属的去除的效果。1.4.2
15、研究意义污泥的处置与资源化是困扰全世界的一大难题，如何将产量巨大、成分复杂的污泥经过科学处理后，使其稳定化、无害化、资源化，已成为我国乃至全世界环境领域深为关注的课题之一。特别是污泥泥中的重金属含量高，一些重金属的含量甚至超过土壤中正常含量的数百倍，且重金属在土壤中的停留时间长，难迁移、易富集、危害大、随食物链传递等特点，一直是限制底泥资源化的主要因素。本文利用超声波技术手段，探讨污泥重金属提取的解决方法。2.材料与方法2.1试验材料研究的试验污泥为剩余活性污泥、浓缩污泥取自广州市大坦沙污水处理厂，该厂采用改良A2-O工艺处理生活污水。充分混匀后进行超声处理，在尽可能短时间内完成各项理化指标分
16、析，以避免污泥样品在长时间内再次发生细胞与絮体结构的理化性质变化。其基本的理化性质见表3。表3 活性污泥基本理化性质项目数值我国污泥农用标准（酸性土壤）是否超标pH6.65氧化还原电位 (mV)27.50总固体（TS）（mg/l）11556 75含水率（%）98.84 0.01总铜（mg/kg）286.03 2.98250是总锌（mg/kg）1258 13500是总铅（mg/kg）750.6 5.4300是(续表3)总镉（mg/kg）2.00 0.085否总铬（mg/kg）98.84 1.42600否注：表中数据为平均值标准误。2.2试验仪器试验过程中所需仪器见表4。仪器名称型号产地数码鼓风干
17、燥器GZX-9070MBE 上海原子吸收分光光度计HitachiZ-2000日本日立电子天平FA2004N上海精密科学有限公司离心机Universal R32德国pH计PHS-3C上海伟业仪器厂移液枪1ml，5mldragon-med Ltd.超生破解仪广州可达超声仪器设备有限公司表4 试验器材2.3试验装置图2超声实验装置图1：发生器；2：支架；3：底座；4：换能器；5：三角瓶；6：污泥；7：隔音箱超声破解仪由广州可达超声仪器设备有限公司提供，该仪器由发生器、换能器及超声探头三部分组成，其中探头部分为MS73钛合金圆柱体结构，直径20mm，长度135mm。 仪器工作频率20kHz，可调功率5
18、00-2000W。试验中，将500ml活性污泥置于500ml三角瓶中，超声处理前充分混匀。然后将超声探头浸于污泥液面下10mm处，通过调节作用时间向污泥输入不同的超声能量，以研究最佳超声能量条件以提高污泥重金属的提取能力。2.4 试验方法2.4.1污泥样品的处理试验超声频率为20 KHz，功率500W，而将超声时间作为可变因素进行试验调节，测定污泥超声前后水层重金属含量变化。首先以超声作用时间为参数，测定污泥重金属随作用时间变化的关系，从而选择最佳作用时间。其次，在超声协同下，利用硝酸提取污泥重泥金属，分析污泥溶出重金属含量。最后，分析对比，得出最佳确定最优的提取酸浓度与超声时间的组合。表5表
19、示未加硝酸的污泥样品的处理方法，表6表示加硝酸后污泥样品的处理方法。每处理重复2次。试验测定指标包括：（1）105条件下的烘干污泥中5种重金属Zn、Cu、Pb、Cd和Cr总量；（2）5000rpm、20条件下离心30min的上清液中5种重金属的溶解态含量；（3）每一个处理的pH值和ORP值；（4）污泥的TS含量。表5 超声时间影响污泥溶出重金属含量变化试验方案处理号超声时间(min)污泥体积(ml)超声功率(W)A00500500A11500500A22500500A35500500A410500500A520500500表6 硝酸协同超声作用提取污泥重金属试验方案处理号浓硝酸（ml）超声时间
20、(min）污泥体积(ml)超声功率（W）B02.250500500B12.251500500500500500500B22.252500B32.255500B42.2510500B52.2520500注：硝酸=0.065 mol/l；HNO3分子量63.01，约含HNO3 65%左右，密度为1.4g/cm3。2.4.2重金属溶解态含量的测定剩余活性污泥经充分混匀，在超声与提取酸作用后于5000 rpm和20条件下离心30min，取上清液30ml，再加入10ml 1%HNO3，定容至50ml，摇匀待测。标线绘制：铜、锌、铅、镉标准液配制：分别称取1.0000 g金属铜、锌、铅、镉，用11硝酸20
21、 ml，用纯水定容至1000 ml，摇匀作标准母液，其浓度为1.0000 g/l。铬：将重铬酸钾在105下烘干2h，冷却，准确称取0.2829g，用少量水溶解后全部转移至容量瓶定容至100ml，摇匀，其浓度为1.0000 g/l。将上述5种重金属母标准液各10 ml，定容至100 ml，摇匀作为混合标准液，其浓度为100 mg/l。再取混合标准液10 ml，定容至100 ml，其浓度为10 mg/l，作为混合子标液。表7 混合标准液配制混合直标液体积(ml)浓度(mg/l)定容体积(ml)0.51.02.04.06.010.020.00.10.20.40.81.22.04.0505050505
22、050502.4.3 重金属总量的测定污泥重金属总量测定参考土壤农化分析14，同时结合文献，采用HNO3-HClO4消解样品。称取过100目筛的污泥风干样品0.5000 g，置于100 ml三角瓶中，加入浓HNO3 30 ml，摇匀，盖上小漏斗，置于电热板上，在通风橱中加热至微沸，则待棕色氮氧化物基本赶完后，取下冷却，加入高氯酸5 ml，蒸发至近干，残渣为灰白色。取下冷却，加入1HNO3 25 ml，温热溶解残渣，将全部溶液及残查定容至50 ml，过滤，取滤液5 ml，定容至50 ml，摇匀测试。2.4.4 污泥总固体含量的测定将100 ml混合均匀的城市污泥置于洗净称重的钳锅中，称重，在10
23、5条件下烘干24 hr，再称重，将干污泥重量除去污泥体积即得出污泥总固体（TS），详见水和废水监测分析方法(第四版) 15。2.4.5 pH值和ORP的测定 每处理污泥样的pH值和ORP值均采用PHS-3C仪测，直接读取数据。3 结果与分析3.1 超声时间对污泥pH和ORP的影响在加酸和未加酸的条件下，超声时间对污泥基本理化性质的影响见表8和表9。表8 不同超声时间下污泥pH和氧化还原电位（ORP）的变化处理号 超声时间（min）pH氧化还原电位（ORP）（mv）A0 0A1 1A2 2A3 5A4 10A5 206.666.646.646.646.636.626.636.656.646.63
24、6.636.61272727282931282728282830从表8可以看出，随着超声时间延长，污泥的pH值减小，即经超声处理后，污泥趋向于酸性；但是污泥的氧化还原电位（ORP）有轻微的上升，这与相关研究报道16的结论相似。表9表示在加入2.25 ml的浓硝酸进行超声后，污泥的pH和ORP都发生了与单独使用超声的结果明显不同的变化。当将B组样品进行不同时间的超声，污泥的pH有相对上升的趋势；然而ORP基本不发生任何变化。这可能是因为氧化还原电位Eh是由氧化型 H2 还原型的自由能（或平衡常数）、pH、氧化型与还原型量的比oxred等因子所决定16。当加入硝酸后，溶液的平衡常数，pH处于相对稳
25、定的状态，而超声虽然作用污泥微生物及絮凝体，并释放一些物质，但是硝酸具有强氧化性，使得氧化型与还原型量的比未发生明显变化，所以氧化还原电位基本不变。表9硝酸协同超声提取污泥重金属处理污泥的pH和氧化还原电位（ORP）变化处理号 超声时间（min） pH氧化还原电位ORP（mv）B0 0B1 1B2 2B3 5B4 10B5 201.581.551.551.511.481.501.551.561.511.511.491.513313283283293313313303283303293303323.2 超声协同硝酸对污泥重金属溶出性能的影响3.2.1超声协同硝酸对污泥重金属Cu去除效果 从图8中
26、可知，随着超声时间的增加，不同处理样品，未加硝酸和加硝酸的样品中Cu的溶解量和去除率都有明显的上升，但是增加的规律是不太相同。在超声时间0到1分钟左右，未加硝酸的样品Cu的溶解量比加硝酸的样品多，而在1分钟到5分钟左右，加硝酸的样品中Cu的溶解量先是快速增加，然后趋于线性增加；而未加硝酸样品在整个试验过程中，其溶解和去除率曲线都是平滑上升。而且，可以明显的看出，大约以10分钟为分界点，10分钟后未加硝酸的样品对Cu的溶解与去除明显优于加硝酸样品。图8 Cu在不同超声时间下的溶解量和去除率但是在Marchioretto17 等国外研究表明，在pH越低，Eh越高时，硝酸对于Cu的提取能力越强，但试
27、验中却出现不同的结果，既超声波对硝酸的提取产生反作用，这可能是因为超声波的作用下，污泥里面的絮凝体被打碎，释放出某种物质，干扰了硝酸对Cu的溶解。其次，从总的去除率来看，未加硝酸的样品在20分钟时为3.79%，同时，加硝酸的样品为2.32%，但对比Veeken 18等的试验结果，两种不同处理方法对于铜离子的去除率明显偏低。除了上面论述过的干扰原因外，可能与此次试验酸化的时间偏短有关。3.2.2超声协同硝酸对污泥重金属Zn去除效果如图9所示，加硝酸样品和未加硝酸样品对于Zn的溶解和去除率都随着超生时间的增加而上升。而且增长的规律非常的相似。在0到1分钟左右，去除率和溶解量有轻微下滑，但是到2分钟
28、后，曲线明显上升。10分钟后，未加硝酸的样品的溶解量为14.56 mg/kg，去除率为1.158%；而加硝酸样品中Zn的溶解量为508.99 mg/kg，去除率为40.47%。之后，两者的增长都趋于平缓。图9 Zn在不同超声时间下的溶解量和去除率但是，明显可以看去，加硝酸样品的去除率明显高于未加硝酸的样品，这是因为污泥中重金属的溶解主要是受pH值控制，被酸化污泥的pH值只有低到一定程度，金属才以离子态存在，金属的淋出率才较高，即随着被酸化污泥的pH值的降低而增高19。对比Veeken 17等的实验结果和其他化学提取方法的结果20，在如此短的酸化时间内，超声波对于Zn的去除效率明显优于无超声波作
29、用的试验样品，即短时间内，在超声波的协助下，Zn的去除效果是相当明显的，在10分钟时已经达到40。3.2.3超声协同硝酸对污泥重金属Pb去除效果从图10可以看去，Pb在不同处理方式的样品中，既加硝酸和未加硝酸的样品中，pb的去除率和溶解量和Zn相似，都是随着超声时间的增加而增加。但是两者明显效果不同。对于加酸样品，在0到1分钟有轻微下降，而到1分钟到2分钟去除率和溶解量增加明显，溶解量从395.28mg/kg上升到470.37mg/kg，去除率相应的从约52%增加到62%。之后增长的趋势相对平缓，到20分钟是去出率达到68%。相比之下，未加硝酸样品随从开始的0.8%左右，一直缓缓上升，增长幅度
30、极小，到20分钟的去除率只达到约1.6%。从以上分析可以看去，加硝酸的去除效果高于未加硝酸的处理效果，其原理与Zn的原因相似。而且，与Zn相同，与相关的试验结果18相比较，在超声波的作用下，在短时间的酸化作用下，对Pb结果已经达到了其他化学提取的方法的效果，甚至优于一些方法。图10 Pb在不同超声时间下的溶解量和去除率3.2.4超声协同硝酸对污泥重金属Cd去除效果从图11可以看去，加酸样品和未加酸样品对Cr的提取差异明显。未加酸样品仪器基本不能监测出其溶解量。这和Cd在污泥中的含量较少有很大的关系外，还和Cd只有在较高pH时离子形态较少，既低酸度下Cd难以形成离子形态而不能被提取出来。再者就是
31、，提取时间较短。所以在未加硝酸样品提取效果极差。反观加硝酸样品的溶解和去除曲线，可以看到，整个试验中，随着超声时间的增加，Cd的去除率都有明显的增长，其中12分钟是增长较快的时段。到20分钟时Cd的溶解量达到了0.54mg/kg，去除率为26.98%。图11 Cd在不同超声时间下的溶解量和去除率3.2.5超声协同硝酸对污泥重金属Cr去除效果从图12可以看出，金属Cr的去除在此次试验中的效果与Cd有相似之处，未加硝酸和加硝酸的样品对Cr的效果反差非常明显。未加硝酸样品不管超声时间如何，其溶解量都细微到仪器难以测量，其原因与Cd的未加酸时提取效果差有相似点，既提取时间短；PH高金属难以形成离子态。
32、再看加硝酸样品，Cr的溶解性和去除率都效果明显，而且随着超声时间的不断增加，两条曲线都有明显的上升。到20分钟时溶解量为26.93mg/kg，去除率为27.24%。图12 Cr在不同超声时间下的溶解量和去除率3.3 超声协同硝酸提取污泥重金属的优化分析在加硝酸和未加硝酸不同的污泥处理方式中，超声波提取污泥中重金属的最佳效果见下面的表格：表10未加硝酸下超声对污泥重金属的最高溶解量和去除率重金属最高溶解量(mg/kg)去除率（%）去除时间(min)CuZnPbCdCr10.8625.6312.48003.792.041.66002020202020表11加硝酸条件下超声对污泥重金属的最高溶解量和
33、去除率金属名称最高溶解量(mg/kg)去除率（%）去除时间(min)CuZnPbCdCr6.63511.64511.590.5426.932.3240.6868.1626.9827.242020202020 从表10和11可以看出，在不同的处理样品的条件下，大体上对与污泥中金属的去除效果最好的时间都是试验中的最高时间即20分钟。因为污泥重金属的去除效率取决于酸离子的附合能力、溶液的PH值、污泥对金属离子的束缚能力、金属离子的选择性、和金属的沉淀性及温度19。在超声波的热学、超声波机械机制和空化作用作用下，时间越长，超声波作用与污泥絮凝体的微生物细胞作用越完全，同时振动减弱了污泥对金属离子的束缚
34、能力，加强了胞内重金属的释放、扩散及溶解；而且，超声时间越长，溶液的温度会上升，而温度上升有利于重金属的溶解。所以在试验最高时间出现最高溶解和去除率符合预期。其次在加硝酸和未加硝酸的对比中，可以看到除了Cu离子在未加硝酸时提取比加硝酸的样品表现出更高的去除率外，其他各种金属的提取都是加硝酸的处理方式优于未加硝酸的处理方式，而且其中有的金属短时间的去除率达到了较高的水平。但是对与Cu离子所出现现象，本次试验基于超声时间和加酸和未加酸的研究难以得出准确的原因。4 结论与展望4.1 结论本文对城市污水处理厂的污泥的理化性质和污泥中五种具有代表性的重金属的总量进行了测定。在此基础上对污泥进行加硝酸和未
35、加硝酸的条件下，不同超声时间作用下污泥中五种总金属的溶解量和去除率进行了试验研究。通过试验研究，可以得到以下主要成果和结论：1）对广州大坦沙污水处理厂的剩余活性污泥中五种重金属总量测定，测定结果表明在所选取的五种金属中，Cu、Zn和Pb的含量超出了农用污泥中污染物控制标准（GB4284-84），而Cr、Cd的含量相对较低。2）超声在不同作用时间下对污泥重金属均有提取效果，但随时间的增加，各种重金属的溶出率明显增加。在添加硝酸后，超声的协同作用显著地增加各种重金属的溶出效果，超声协同硝酸作用能显著地去除污泥重金属。但在本研究中，由于硝酸量添加较少，污泥中残存重金属的Cu、Zn和Pb的含量经硝酸在
36、超声协同处理后仍未达到污泥农用标准。4.2 展望 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21。传统的加酸和络合剂的化学提取方法有在适当的条件下有，对一些金属有较好的提取效果。而超声波的作用机理与其对污泥理化性质的改变使得其提取污泥重金属有明显效果。但对于重金属污泥的处理，仅采用单一的方法可能无法达到满意的效果，为满足日益严格的环保要求，实现重金属污泥农用和重金属回收，应将几种方法集成起来，联合处理重金属污泥，扬长避短。从国内外的研究可知，对于利用超声波协同酸对重金属的提取的研究是一个比较新颖且有一定应用前景的课题。本人认为进一步研究方向应该有以下几方面：
37、1）进行更长时间的超声，并使污泥酸化时间更加充分，以便更好的研究金属溶解量和去除率。2）对超声波协同酸提取污泥重金属过程机理进行更深入的探讨研究。3）可以把超声过程结合到底泥/污泥的的处理工艺中，使其规模化应用。随着研究进一步深入，以后超声波协同酸可以成为对污泥/底泥的处理处置的一个新的选择。参 考 文 献1徐强, 张春敏, 赵丽君. 污泥处理处置技术及装置M. 化学工业出版社. 2003: 1-32.2刘静, 陈玉成. 城市污泥中重金属的去除方法研究进展J. 微量元素与健康研究, 2006, 23(3): 48-513余杰, 田宁宁, 王凯军. 我国污泥处理、处置技术政策探讨J. 中国给水排
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