Page 323 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 路瑞娟等：城市污泥处理过程中重金属迁移转化特性研究进展 · 319 ·

201 年国务院《水污染防治行动计划》发布实施 表 1 城市污泥中部分重金属的来源 [7,9-10]
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以来，全国城镇污水处理厂建设和污水处理能力逐 Table 1 Sources of heavy metals in municipal sludge
步提升。水环境持续改善的同时，城市污水处理厂 重金属 来源
污泥产量逐年递增， 至 202 年我国污泥产量已达 Zn 管道镀锌、汽车维护及尾气排放、冶炼
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6 00 万 t（含水率 为 80%）。污泥中含有大量的有机 Pb PVC管（Pb稳定剂）、汽车维护及尾气排放、采矿、铅电池
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质、营养元素、病原菌和重金属等物质，易对环境产 Cu 汽车维护及尾气排放、采矿、电镀
生二次污染，需进行妥善的处理处置。城市污泥中 Hg 电子、氯碱、塑料、牙科废料
所含的重金属作为一种持久性污染物，在污泥处理 Cd 电池、电子、印染、电镀
处置过程中不可降解，仅发生固液相迁移和化学形 Cr 电池、电子、印染、电镀
态的转化，导致其在环境中积累和迁移，最终进入食 Ni 电池、电子、印染、电镀、化学试剂
物链危害人体健康，这也是限制污泥大规模土地利 As 防腐剂、洗涤剂
用的主要原因之一 [1-2] 。
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城市污泥中重金属的绝对含量不能完全揭示其 生态毒性也各不相同。有 机 H 易通过细胞膜的磷
毒性、生物有效性及其在环境中的化学活性和迁移 脂双分子层结构进出细胞，从而可透过人体血脑屏
[8]
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性，化学形态分布在更大程度上决定着重金属的环 障和胎盘屏障，其危害远高于单 质 H 和无 机 Hg ；
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[3]
境行为和生物效应 。城市污泥处理处置过程中，常 可溶 性 C 可以较容易地进入水生生物体内，与生物
采用物理（热水解、微波等）、化学（酸碱处理、氧化、 细胞内的蛋白质、多糖等反应，对细胞造成破坏，而
热解等）等方法以改善污泥特性 。污泥成分复杂且 沉淀形式 的 C 则通常被认为是无毒的 [11] 。可见，重
u
[4]
稳定性差，处理过程中重金属会发生迁移转化，进而 金属的化学形态对其生物有效性和毒性有非常重要
导致污泥环境风险的变化。掌握污泥处理过程中重 的影响。
金属的迁移转化规律对控制其环境风险有重要意义。 1.2 重金属形态分类
城市污泥处理过程中重金属的迁移转化问题是 根 据 Tessie 提取法 [12-13] ，重金属的化学形态可
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国内外学者关注的热点，笔者综述了常用的物化方 分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、
法处理城市污泥过程中重金属的固液相迁移和化学 有机硫化物结合态以及残渣态。根据欧共体标准
形态转化特性，分析不同处理方法对重金属迁移转 物质局（BCR）提出的重金属形态分析方法及其改进
化的影响，以期为城市污泥处理处置过程中重金属 提取方法 [14-16] ，重金属可分为弱酸提取态、可还原
风险控制提供参考。 态、可氧化态和残渣态，其中弱酸提取态包括可交换

态和碳酸盐结合态，可还原态主要为铁锰氧化物结
1 城市污泥重金属概述
合态，可氧化态主要为有机硫化物结合态，而残渣态
1.1 城市污泥中重金属的来源及危害 重金属主要是硅酸盐矿物结合态，稳定地存在于矿
城市污泥中重金属主要来自污水处理过程，污 物的晶格中 [17-18] 。
水中颗粒态重金属依靠共沉淀等机械作用转移到污
2 物理方法处理污泥重金属迁移转化
泥中 ，而溶解性重金属则主要通过微生物的同化吸
[5]
收、生物吸附和截留等作用转移到污泥中 。由于 2.1 热水解
[6]
城市污水组成成分复杂，生活污水、部分处理/未处 热水解是指在高温下通过热效应促使污泥中的
理的工业废水、降雨径流等都会经排水管网汇聚到 微生物细胞结构和大分子有机质破解，进而水解为
污水处理厂，污水中重金属的来源较为复杂 [7-8] 。生 小分子物质的一种处理方法 。
[19]
活污水中重金属部分来源于日化品的使用与排放； 孙雪萍等 [18 ] 研究发现，190 ℃ 热水解处理后污
汽车清洗、衣物清洗等行业也是城市污水中重金属 泥中脂肪、糖类、蛋白质等大分子水解为小分子物
的重要来源；雨水冲刷屋面、道路等下垫面，以及大 质，失去与重金属结合的位点，部分重金属释放进入
气湿沉降也会使部分重金属进入降雨径流；工业废 液相，但大部分重金属（84.5%～98.7%）在热水解处
水中的重金属来自多个行业和工业生产工序，来源 理后仍存在于固相中；Zn、Cu、C 和 P 的弱酸提取
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更为广泛、复杂。城市污泥中常见及部分危害较大 态和可还原态的含量明显减低，转化为可氧化态和
的重金属来源如 表 1 所示。 残渣态，这主要是由于重金属释放后又与污泥水解
不同形态的重金属具有不同的生物有效性，其 产物结合，生成有机结合态（属于可氧化态）或多磷