城市污泥中鎘的去除試驗研究

摘要：利用改進鐵氧體法，石灰乳做中和劑，試驗研究了不同F(xiàn)eCl3 /FeSO4初始濃度、pH值、FeCl3及FeSO4加入量（Fe3+/Mn+比值）、溫度、反應(yīng)時間等條件下，城市污泥用乙酸——雙氧水淋溶浸出液中鎘和鉛去除率。結(jié)果表明，在pH為9、反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)時間為1 h、 FeCl3 和FeSO4初始濃度分別為0.1，0.05 mol·L-1， Fe3+/ Cd2+= 10的最佳工藝條件下，鎘去除率為89％；浸出后的液體鎘含量達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：鐵氧體法；城市污泥；浸出液；鎘；去除率

中圖分類號：O614.24+2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2011.01.030

Experimental Research on Cadmium Removal from Sewage Sludg

ZENG Xiang-feng， WANG Zu-wei

(The Key Laboratorie of Water Resources and Water Environment in Tianjin， College of Urban and Environment Science， Tianjin Normal University， Tianjin 30038， China)

Abstract：Using improved ferrite way and lime milk as netralization， cadmiumremoval from sewage sludg extract fluid by acetic acid-H2O2 in various conditions of different initial concentrations of FeCl3 /FeSO4， pH values， FeCl3 -FeSO4 adding volumes， temperature， reaction times was researched. The result was obtained thatremoval ofcadmiumwas 89％ and the resideual extract fluid could be dicharged legally in the process conditions that the initial concentrations of FeCl3 /FeSO4 was 0.10， 0.05mol·L-1， and the FeCl3/FeSO4 adding volume Fe2+∶Fe3+（mol value）=1∶2，and Fe3+/Cd2+ =10， the pH value was 9， temperature was ordinary temperature， the reaction time was 1 h .

Key words: ferrite way；sewage sludg；handled liquid；Cd; removal

天津市是中國渤海西岸的重要城市之一，也是中國四大直轄市之一，污水處理基礎(chǔ)設(shè)施基本完善。隨著污水處理能力的增加，污泥產(chǎn)量也日益增加。2005年，城市污水廠日產(chǎn)污泥總量高達(dá)950 m3 (含水率75%)。污泥中含有大量的有機質(zhì)和氮、磷、鉀等植物生長所需要的營養(yǎng)元素含量高，具有很高的土地利用價值。然而，污泥中大量的活性金屬鎘等給土壤造成很大污染，也限制了污泥的進一步利用[1]。試驗研究表明，利用乙酸和H2O2去除污泥中鎘等重金屬的效果良好；但是，如何對廢液中有害成分鎘去除和無害化浸出，是防止二次污染的關(guān)鍵[2]。

1材料和方法

1.1材料

1.1.1浸出液制取采用利用乙酸和H2O2去除污泥中重金屬的研究方法，利用加有雙氧水的乙酸去除天津東郊污水浸出廠污泥中的重金屬。工藝條件為：pH 為3 左右；乙酸的摩爾濃度為2 mol·L-1，雙氧水與污泥的固液比為1∶2，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時間控制在4 h 左右，過濾。用ICP測得浸出液中含量為2.49 mg·kg-1。

1.1.2重金屬去除儀器：WLD-2C型等離子體光譜儀：北京瑞利分析儀器公司； PHS-3B型酸度計：上海精密儀器有限公司； CHA-SA型氣浴恒溫振蕩器：江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠；FA1004型電子分析天平：上海分析儀器總廠。

試劑：FeCl3 ·7H2O、FeSO4 ·7 H2O、生石灰、H2SO4：分析純。

1.2方法

取污泥浸出液 10 mL置于100 mL錐形瓶中，加入2 mL一定濃度的FeSO4 溶液和2 mL一定濃度的 FeCl3溶液，再加入一定量0.8 mol·L-1的石灰乳溶液，調(diào)混合液pH為一定值， 在室溫下于氣浴恒溫振蕩器上反應(yīng)1 h，過濾，用等離子體光譜儀測定濾液中鎘含量。

鎘去除率（x）由下式計算：

x=（V0C0－VC）/ V0C0

式中，V0和C0分別為加入的污泥浸出液的體積和金屬鎘離子的濃度；V和C分別為實反應(yīng)后濾液的體積和濾液中鎘離子的濃度。

2結(jié)果與討論

2. 1 FeCl3 和FeSO4初始濃度對鎘去除率的影響

在混合液pH為9、反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)時間為1 h、 Fe3+/ Cd2+= 10的條件下，F(xiàn)eCl3和FeSO4初始濃度對重金屬去除率的影響見圖1。由圖1可見，隨FeCl3和FeSO4初始濃度增大，鎘有所升高；但當(dāng)FeCl3和FeSO4初始濃度分別增加到0.1 mol·L-1和0.05 mol·L-1以上時，鎘的去除率有不同程度下降。這是因為，隨FeCl3和FeSO4初始濃度的增加，F(xiàn)e3+和Fe2+轉(zhuǎn)化成鐵氧體的幾率增加，鐵氧體包裹金屬離子的能力增強；但金屬離子的去除率不同，當(dāng)FeCl3和FeSO4初始濃度增加到一定程度時，有些離子的去除率甚至有下降趨勢，主要與它們的電負(fù)性有關(guān)，電負(fù)性越大，吸附性就越大[3]。在FeCl3和FeSO4初始濃度分別為0.1 mol·L-1和0.05 mol·L-1時，鎘去除效果較好。

2.2混合液pH對鎘去除率的影響

在反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)時間為1 h、FeCl3和FeSO4初始濃度分別為0.1 mol·L-1和0.05 mol·L-1、nFe3+: (nCu2＋＋nZn2＋)=10的條件下，混合液pH對鎘去除率的影響見圖2。由圖2可見：pH在7～7.5的中性或低堿度條件下，鎘去除率較低，隨著pH的增加，去除率也迅速升高；pH為7.5～9時，鎘去除率升高顯著；pH大于9時，鎘去除率升高緩慢。因此，鎘去除率的最佳pH值為9。

2.3Fe3+/ Cd2+對鎘去除率的影響

在混合液pH為9、反應(yīng)溫度為室溫、反應(yīng)時間為1 h、FeCl3和FeSO4初始濃度分別為0.1 mol·L-1和0.05 mol·L-1的條件下，F(xiàn)e3+/ Cd2+對鎘去除率的影響見圖3。從圖3可見，隨nFe3+: (nCu2＋＋nZn2＋)增大鎘去除率提高，這是因為， Fe3+加入量越大，鎘和Fe3+、Fe2+結(jié)合生成鐵氧體的量就越大，去除率就越高。當(dāng)Fe3+/ Cd2+為10時，鎘的去除率最大。

2.4 反應(yīng)溫度對鎘去除率的影響

在混合液pH為9、反應(yīng)時間為1 h、FeCl3 和FeSO4初始濃度分別為0.1 mol·L-1和0.05 mol·L-1、Fe3+/ Cd2+＝10的條件下，反應(yīng)溫度鎘去除率的影響見圖4。從圖4可見，在15～55 ℃范圍內(nèi)，鎘去除率隨溫度的升高整體略有提高，但不顯著，說明溫度已不是本試驗主要的影響因素。綜合考慮，本試驗選擇在室溫下進行，鎘去除率為89％。

2.5反應(yīng)時間對鎘去除率的影響

在混合液pH為9、反應(yīng)溫度為室溫、FeCl3 和FeSO4初始濃度分別為0.10 mol·L-1 和0.05 mol·L-1、Fe3+/ Cd2+＝10的條件下，反應(yīng)時間對鎘去除率的影響見圖5。從圖5可見：隨反應(yīng)時間延長，鎳去除率不斷提高，鎘的去除率升高顯著；反應(yīng)1 h后，鎘的去除率不斷下降。這鎘與鐵氧體的反應(yīng)類型有關(guān)：鎘與鐵離子的半徑相差很大，發(fā)生的吸附反應(yīng)，存在解吸現(xiàn)象[4]。在反應(yīng)時間為1 h時，鎘的去除率達(dá)到最大為89％。

3結(jié)論

用改進鐵氧體法去除城市污泥用乙酸——雙氧水淋溶浸出液中鎘的最佳工藝條件是：pH值為9，溫度為室溫，反應(yīng)時間為1 h，F(xiàn)eCl3（FeSO4）加入量Fe3+/ Cd2+比值為10，F(xiàn)eCl3 /FeSO4初始濃度為0.10/0.05 mol·L-1。在此條件下，浸出液中鎘去除率為89％。去除后的液體中鎘含量都達(dá)到城市污水浸出廠污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾祥峰，王祖?zhèn)ィ追矔?天津城市污泥特征及其在堿性鹽化土中綜合利用的分析[C]//第二屆全國農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)術(shù)研討會論文集，2007:675-678.

[2] 王世猛，王祖?zhèn)ィ榉?利用乙酸和氧水去除污泥中的銅和鋅的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007（26）:616-619.

[3] Chen J P， Hong L， Wu S， et al. Elucidate of interaction between metal ions and Ca alginate-based on ion-exchange resin by spectroscopic analysis and modeling simulation[J].langmiur， 2002.18(3):9413-9421.

[4] Weast R C. Handbook Chemistry and Physics(69th edition)[M].New York :CRC press，1988：164.