城市污泥生命周期内重金属变化及对土壤污染植物修复的影响研究

发布时间：2020-05-25 07:54

【摘要】：现今,我国污泥产量日渐增大,污泥的处理问题急需解决。污泥土地利用是最具前景的污泥处置技术,但污泥中重金属浓度不稳定,将其施入农田会为土壤带来重金属污染,农田一旦被污染将很难恢复。鉴于我国各地广泛分布的重金属污染土壤,本文设计将污泥经处理后应用到已污染土壤中,污泥既可以提高污染土壤中植物营养基质,又可以对土壤污染起到一定的稀释作用。选择种植对重金属污染抗逆性强的植物,甚至可以选择对重金属有一定提取作用且生物量较大的植物,在处理污泥的同时对污染土壤起到一定的修复作用。在我国紫花苜蓿(Medicago sativa L.)种植比较广泛且生长周期短,一年可以收割多茬,间接导致其生物量增大,对提取重金属有利。因此本文选用了紫花苜蓿(Medicago sativa L.)进行土壤重金属污染修复实验。本文将污泥应用到土壤污染植物修复,从污泥产生、污泥处理、最终利用的整个生命周期内分析重金属的变化,开发出一种对土壤Cd污染进行植物修复的新技术,并得到污泥产生源头污水中重金属浓度限值。具体结论如下:1.污水处理过程中活性污泥集聚重金属,在实际生活污水pH为7-9,重金属Cd、Pb、Ni、Cu、Zn溶液浓度在0.01~1、0.1~10、0.05~10、0.5~10、1~20mg/L范围内,活性污泥对污水Pb吸附率能达到99%,对Zn和Cd吸附率达到96%和75%以上,对Ni吸附率达到61%以上,对Cu吸附率在88%以上。2.在污泥堆肥过程中,虽然污泥聚集重金属的总量没有发生显著变化,但随着污泥成分变化重金属逐渐形成稳定形态,相对堆肥前重金属生物活性降低。3.在轻度污染土壤中,施入污泥Cd浓度小于或等于土壤污染水平时,污泥促进土壤Cd生物活性,Cd浓度大于土壤污染水平的污泥则抑制了土壤Cd活性。施入中度污染土壤时,污泥对土壤中Cd生物活性起到了一定的抑制作用,在重度污染土壤中,污泥的施入对土壤Cd生物活性有微弱的促进作用。4.在土壤污染水平为2.3mg/kg时,污泥添加比例为15%土壤中苜蓿对Cd的提取率能达到0.62%,土壤污染水平为4.5mg/kg时,污泥添加比例为10%土壤中苜蓿对Cd的提取率能达到0.49%,土壤污染水平为9.9mg/kg时,污泥添加比例为15%土壤中苜蓿对Cd的提取率能达到0.47%。5.通过修复前后污染土壤Cd浓度对比分析,如要达到添加污泥促进污染土壤植物修复效果,对于重金属轻度、中度污染土壤,需控制污泥中Cd浓度小于或等于对应的土壤污染水平且污泥添加比例大于等于10%。对重金属重度污染土壤,需控制污泥中Cd浓度小于或等于对应的土壤污染水平,或者污泥Cd浓度大于土壤污染水平小于40mg/kg时,需控制污泥添加比例小于10%。本文完成了污泥应用于土壤污染植物修复的整个生命周期内重金属变化研究,得出污泥辅助苜蓿对土壤Cd污染起到较好的修复效果,开发一种土壤污染植物修复的新技术,并为污泥处置提供新方向。以Cd浓度2.3、4.5、9.9mg/kg分别为土壤的轻度、中度、重度污染。要达到添加污泥促进植物修复的目的,在土壤轻度、中度污染时需要控制污泥添加比例大于等于10%且污泥Cd浓度分别小于或等于2.3、4.5mg/kg,土壤重度污染时需要控制污泥Cd浓度小于或等于9.9mg/kg。因此,以污水厂活性污泥浓度为2500~4000mg/L,以本文得出的污泥吸附Cd最低效率为75%,对应于土壤轻度、中度、重度重金属Cd污染的植物修复,则产生城市污泥的污水Cd浓度积累限值理论数值对应为7.6~12.12mg/L、15.1~24.16mg/L和33.13~53.01mg/L。
【图文】：

技术路线图,重金属变化,城市污泥,植物修复

技术路线图

活性污泥,多聚物

州大学博士研究生学位论文城市污泥生命周期内重金属变化及对土壤污染植物修复的影响研究对 Cu 的吸附，表现出在高 pH 下不易吸附在 pH 值下易吸附。活性污泥对 N吸附在 pH7 和 9 也表现为易吸附，特别时 pH 为 9 时。活性污泥对 Zn 的吸律性不好。以上说明了，活性污泥在 pH 为 7-9 之间易吸附重金属。.2.3 pH 对污泥吸附重金属的影响有研究表明活性污泥多聚物表面的吸附自由位点受 pH 控制，当 pH 较低时聚物表面自由电位将与水、氢离子（H3O+）结合，氢离子（H3O+）与重金子争夺多聚物表面的吸附位点，从而降低了活性污泥对重金属离子的吸附。当 pH 升高时，多聚物表面吸附点电负性升高，吸附位点对重金属离子的力增强[214]，促进了活性污泥对污水重金属的去除。但当 pH 值升高时，水离子也会增多，，重金属离子被阴离子包围使重金属外围形成负电基团，而多表面也具有电负性，使得多聚物表面的吸附点位对重金属外围负电基团产生力，导致活性污泥吸附重金属难度增大。且随着 pH 升高，重金属容易形成物、氢氧化物等不溶物而沉淀下来，进一步降低了活性污泥对重金属的吸附量
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;X53

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