城市污泥重金属的钝化及微生物毒性评价

发布时间：2020-08-03 13:02

【摘要】：随着经济的快速发展和城市化进程的加快,城市污水处理厂数量逐渐增多,城市污泥的产量也在不断增加。污泥中含有植物生长必需的有机物、氮磷等营养元素,使得其能够被资源化利用。然而,污泥中也含有大量对环境有害的重金属,被直接利用。因此,如何降低污泥重金属对环境的危害是解决污泥处理处置和资源化利用的关键性问题。本文以合肥市某污水处理厂污泥为研究对象,研究白云石、硫酸亚铁以及白云石-硫酸亚铁复合物作为改良剂对污泥重金属形态和有效态的影响,并初步探讨了几种钝化剂的钝化机理。通过盆栽试验,探究了钝化污泥对青菜生物量及地上部和根部重金属积累的影响,并对钝化剂钝化效果的长期稳定性进行了评价。最后,本文开发了一种利用便携式血糖仪测定污泥重金属微生物毒性的方法,并对各种钝化处理污泥的重金属毒性进行了测定。主要研究结果如下:1.以合肥市某污水处理厂污泥为研究对象,通过添加白云石、硫酸亚铁以及白云石-硫酸亚铁复合物钝化污泥中的重金属,评价污泥重金属的钝化效果。结果表明:白云石可以提高污泥pH,硫酸亚铁则降低污泥的pH,白云石和硫酸亚铁复配添加时,污泥pH变化并不显著。白云石对污泥中Cu和Cd有较好钝化作用,硫酸亚铁对污泥中As具有显著钝化作用,白云石和铁盐复配对污泥中重金属CuZn、Cd和As均有显著钝化作用。白云石和硫酸亚铁处理可显著降低污泥中重金属有效态含量,其中以5%白云石和5%硫酸亚铁复配处理的效果最好,与对照相比,污泥中的有效Cu、Zn、Cd和As分别减少了59.58%、42.26%、40.93%和55.68%。SEM-EDS和Visual MINTEQ模拟结果显示,白云石中的碳酸根离子能够与重金属发生沉淀反应。2.通过连续两茬的盆栽试验,研究钝化污泥对青菜生物量及地上部和根部重金属积累的影响,并评价钝化剂钝化效果的长期稳定性。研究结果表明:第一茬盆栽试验中,污泥中添加10%的白云石,青菜的生物量有所增加,白云石和硫酸亚铁复配对青菜生物量影响不明显。与对照组相比,污泥中添加白云石和硫酸亚铁,青菜地上部和根部重金属含量降低,地上部Cu、Zn、Cd和As最大降幅分别为53.56%、34.51%、57.29和77.04%;第二茬季盆栽试验中,各处理组青菜生物量显著增加,青菜地上部和根部重金属的积累量均显著增加。对比两茬青菜重金属的积累量可以发现,随着时间的推移,钝化剂对污泥重金属的钝化效果有所降低。由此可知,白云石和硫酸亚铁等钝化剂钝化效果的长期稳定性偏弱。3.开发了一种利用便携式血糖仪测定重金属微生物毒性的方法,评价单一重金属和二元重金属的微生物毒性。优化试验结果表明,大肠杆菌对重金属的毒性更加敏感,30℃的培养温度和大肠杆菌菌浓度(OD_(600))为2.3时,毒性评价效果最优。单一重金属毒性评价结果显示Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、Hg~(2+)和As~(3+)的IC_(50)分别为10.3、12.9、24.3、160.3、2.8和6.9 mg·L~(-1),对大肠杆菌的毒性强弱顺序为Hg~(2+)As~(3+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+),基于IC_(50)大小,Hg~(2+)对大肠杆菌的毒性最强。在二元重金属的联合毒性评价中,Cu~(2+)+Zn~(2+)、Cu~(2+)+Cd~(2+)和Cu~(2+)+Hg~(2+)显示出协同作用,Cu~(2+)+As~(3+)和Cd~(2+)+Zn~(2+)显示出拮抗作用。4.利用重金属毒性评价方法分别评价模拟污泥(单一重金属污染)、实际污泥和钝化污泥的重金属毒性。结果表明,单一重金属(Cu、Zn)污染模拟污泥对大肠杆菌的毒性作用相对较弱。电镀厂、钢铁厂、生活小区和工业园污泥对大肠杆菌生长的抑制率分别为57.4%、35.6%、17.7%和48.3%,毒性强弱顺序为电镀厂污泥工业园污泥钢铁厂污泥生活小区污泥。电镀厂污泥显示出最高的微生物毒性,所得结果与预测相同,也证明了这种重金属毒性评价方法可以很好的测定污泥重金属的微生物毒性。与对照组相比,钝化污泥对大肠杆菌生长的抑制作用有所降低,在一定程度上,随着钝化剂添加量的增加,钝化污泥对大肠杆菌生长的抑制作用越小。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X172
【图文】：

XRD图谱,白云石,XRD图谱,方解石

化性质见表 2-1，白云石的形貌特征以及 XRD 分析见图 2-1 。通过电镜扫描图（图 2-1（a））可以看出供试白云石表面相对粗糙，呈不规则的片状结构，尺寸大约在 5~40 μm，其晶体的形态和大小与其他一些研究相似[102-103]。使用 Jade 5.0 进行物相检索分析，图 2-1（b）中 30.97°、41.38°和 50.45等峰（2θ）为白云石特征衍射峰。通过图中还可以看出，白云石中含少量方解石等杂质，Pehlivan 等[104]指出白云石中含有少量方解石杂质。

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图 2-2 重金属微生物毒性评价示意图atic illustration of heavy metal microbial tox价是根据毒性单元（TU）方法，在 TU 模型中，混合物中的浓度度(IC50)的比值来计算其大小。+C2/IC50(2)+···+Ci/IC50(i)属的浓度，IC50(i)是各种重金属价试验拟污泥的制备的污泥样品重金属的含量较高，

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此结果表明添加白云石处理后重金属 Zn 发生了沉淀作用；添加硫酸亚铁处理组，仅表现为 Fe 的吸收峰小幅度上升，这可能与处理污泥中添加硫酸亚铁有关。（a）污泥（b）10%白云石处理污泥ab

【参考文献】