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随着人口的增加和城市化的加快,污水污泥作为城市污水处理的副产品,其排放量也相应增加,如不妥善处置将会造成严重危害。污泥的处理处置主要有填埋、焚烧等耗竭性处理及农业利用等资源化处理技术,而被认为最有潜力的污泥处理处置是对其进行土地利用。但污泥中对环境有害的重金属限制了污泥农用。因此,本文开展了利用电动处理技术去除污水污泥中重金属的研究。
试验研究表明:污泥在电动处理过程中被酸化,污泥中重金属被溶解成离子,在电场的作用下发生迁移,最后在阴极区附近富集,搜集后可去除。在电动去除过程中,电渗流现象的出现有利于提高去除效果,而不控制阴极液pH值所产生的聚焦现象会导致重金属沉淀,不利于重金属的去除。
通过正交试验发现:影响重金属去除率的主要因素是槽电压的大小,其次为通电时间的长短,而阴阳极液电解质添加量和阴极液pH值的影响不甚明显。控制阴极pH值能有效防止阴极的阻抗极化和浓差极化现象,提高整个试验过程的电流强度。电压越大,电渗流累积量也相应增加,但易出现反渗流现象。污泥重金属的去除率与施加电压和通电时间有密切联系,本试验条件下,施加电压越高,通电时间越长,Zn、Pb和Cd这三种重金属去除率就越高,30V电动处理144h可分别达到84.5%、31.49%和73.09%:而Cu和Ni的去除率较低,仍低于20%。试验中,随着处理时间的延长和施加电压的增加,能耗也成倍增加,30V运行96h和120h的能耗值分别是22.5V的6.86倍和6.64倍。
对试验条件和处理工艺的改进研究发现:通过控制阴阳极液的pH值能有效控制污泥内部的pH值,避免反渗流现象。施加26V电压并延长通电时间能有效降低能耗,但其去除率变化不大,重金属去除率的大小顺序是:Zn>Cd>Ni>Cu≈Pb;酸化污泥试验的顺序是:Cd≈Zn>Pb>Ni>Cu;阴极加膜试验的重金属去除效果不甚理想,其顺序是:Zn>Cd≈Pb>Ni≈Cu。电动处理前后污泥中各重金属的形态发生较大变化,可交换态所占比例有所增加,尤其是酸化污泥电动处理后,可交换态均大幅增加:桂林市Zn和Cd超标的污水污泥在26V电动处理96h后,其含量分别下降到451.0mg/kg和2.7mg/kg,已达到《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)的酸性土壤标准。