人工湿地处理城市污泥过程重金属的迁移转化及其生物活性研究

Heavy metal is an important factor to limit sewage sludge resources. Although determining the total metal concentrations would provide insight into the over all composition of the sludge, but the mobility of metals is mainly determined by their chemical fraction. And each fraction might play a different role considering its phytotoxicity and toxicity to plants and living beings. Nowdays constructed wetland has been widely used in the disposal of sewage sludge, so research on the transport and transformation mechanism and its biological activity of heavy metal in this system has important scientific value and practical significance. To solve these questions, simulated constructed wetlands were built to study the heavy metal transport and transformation characteristics in sludge, substrates, vegetation and wetland effluent under a stable sludge loading ratio condition, particularly focus on the chemical speciation changing of heavy metal in the migration process. Also, the impact of vegetation, substrates and redox environment on heavy metal transport and chemical speciation were studied in some compared experiments. At the same time, the stability index and ecological risk index of Sludge were continuous monitoring and calculation for evaluating the biological activites of the heavy metal and its chemical speciation. The project strive to providing important data for the design, build and operation of constructed wetlands for sewage sludge. The results will also provide new ideas for the heavy metals prevention and toxicity reducing during the sewage sludge treatment process.

重金属是限制污泥资源化的重要因素，其毒性不仅受总量的影响，更大程度上取决于其存在的化学形态。鉴于目前人工湿地处理城市污泥已得到广泛认可，因此对于该系统中重金属的迁移转化及其生物活性的研究有重要的科学价值和现实意义。本项目拟采用小试试验装置，研究在一定的污泥负荷率下人工湿地处理污泥过程重金属在污泥层、湿地床、植物和湿地出水中的分布和迁移特征，重点考察重金属迁移过程其化学形态的变化规律。通过对比试验，分析植物、湿地基质和湿地氧环境等因素对重金属迁移和化学形态变化的影响，深入研究重金属在处理城市污泥人工湿地系统中的迁移转化机理。同时，通过对污泥稳定化指标和污泥生态风险指标的连续监测和计算，对污泥处理过程重金属的生物活性和生态风险变化进行评价。项目力求为人工湿地处理城市污泥系统的设计、构建和运行提供重要的数据支撑，研究成果也将为污泥处理过程重金属的防治和毒性降低提供新思路，有利于污泥的最终处置。

重金属含量及其化学形态是限制污泥资源化的重要因素。鉴于目前人工湿地处理城市污泥已得到广泛认可，因此对于该系统中重金属的迁移转化及其生物活性的研究有重要的科学价值和现实意义。本项目在构建多套模拟人工湿地污泥处理系统基础上，通过监测人工湿地处理污泥过程重金属在污泥、湿地系统出水和植物中的含量和化学形态变化，分析了植物、湿地基质和污泥负荷的影响，明确了人工湿地处理污泥重金属生物有效性和生态风险变化。同时对化学预处理及其化学预处理联合人工湿地对污泥重金属的去除效果进行了阐述。结果表明：.1）有植物系统对Cd、Cu、Pb和Ni的平均去除率分别为56.98%、57.77%、41.95%和70.96%，远高于无植物对照的17.44%、24.38%、8.59%和29.18%。对于所有关注的重金属，水葱的处理效率均高于黄菖蒲和芦苇，鹅卵石系统去除率最大，陶粒其次，混凝土最小。随着Fenton氧化污泥负荷的增加，各重金属去除率下降。.2）人工湿地处理污泥后，污泥重金属总量下降且化学形态趋于稳定，即重金属生物有效性和生态风险下降。污泥稳定化指标说明，植物对污泥脱水、VSS及有机物的去除效果明显，如黄菖蒲、水葱和芦苇湿地系统污泥VSS分别降低了55.64%、59.05%和54.56%，无植物系统的VSS下降仅有3.91%。但不同植物间、不同基质间以及不同预处方式间的差异较小。.3）化学预处理污泥，能有效促进污泥重金属从固相向液相转移，同时有利于污泥脱水及脱水后的进一步处理及其资源化。化学预处理联合人工湿地可以有效处理污泥重金属，且具有时间短和去除效率高的优点。.本项目研究为人工湿地处理城市污泥系统的设计、构建和运行提供了重要的数据支撑，研究成果也将为污泥处理过程重金属的防治和毒性降低提供新思路，有利于污泥的最终处置。