生物沥滤－电化学联合技术去除城市污泥重金属（Cu、Pb和Zn）的机制研究

The production of excess sewage sludge has increased substantially with the development of waste water treatment facilities in recent years, consequently the proper disposal of sewage sludge has become more and more urgent. The land utilization of sewage sludge which is consider as a technique to an organic material recycling and resource utilization has always been a important method as fertilizer in agriculture or as regenerator for soil. However, the presence of heavy metals in the sludge resulting in ecological risk would restrict its use as fertilizer. Consequently, drew inspiration from the bioleaching of heavy metals from sludge and electrokinetic removal of heavy metals from contaminated soil, the investigation try to find a effective way to remove heavy metals by combining the method of microorganisms activated in sludge with the principle of electrokinetic remediation of soil.The variety of the form of heavy metals in the sludge, the effect of electric field on the microbial activity and the character of the microorganisms electromigration, the activation effect of the microorganisms on the heavy metals in the sludge and the rule of microorganisms electromigration, the regulation of heavy metals precipitated in the electrodes chamber, and the feasible analysis of recycling and renewing the concentrated heavy metals in the electrodes reservior was studied.By designing the reasonable reactor of a combination of bioleaching and electrokinetic remediation technology to removal of heavy metals from sewage sludge, the aim of this investigation was to achieve the purpose of efficient removal of heavy metal from sludge and provide new ideas and theoretical basis for reduction, recycle and harmlessness of the sludge.

随着污水处理程度和规模的发展，污泥的产生量越来越大，污泥成为日益严峻的环境问题。作为一种有机物质循环与资源化利用途径的污泥土地利用，虽然自古就是一种肥田的重要方法，但其高含量的重金属所带来的生态风险，限制了它的土地利用。因此本项目从污泥重金属生物沥滤和污染土壤的电动修复中得到启示，试图将污泥微生物活化与土壤电动修复原理相结合，寻找一种去除污泥重金属的有效方法。主要研究污泥生物沥滤重金属的形态变化、电场对微生物活性的影响以及微生物的电迁移特点、微生物对污泥重金属的活化效果及其电迁移变化规律、重金属的电极析出规律以及电极室重金属回收再生等。通过设计合理参数的“生物沥滤-电动法去除城市污泥重金属”的反应器，达到高效去除重金属的目的，为污泥无害化、资源化利用提供新的思路和理论基础。

随着污水处理程度和规模的发展，污泥的产生量越来越大，污泥成为日益严峻的环境问题。作为一种有机物质循环与资源化利用途径的污泥土地利用，虽然自古就是一种肥田的重要方法，但其高含量的重金属所带来的生态风险，限制了它的土地利用。因此本项目从污泥重金属生物沥滤和污染土壤的电动修复中得到启示，试图将污泥微生物活化与土壤电动修复原理相结合，通过设计合理参数的“生物沥滤-电化学联合技术去除城市污泥重金属”的反应器，达到高效去除重金属的目的。主要研究了①污泥重金属在生物活化-电动去除的影响因素研究; ②比较研究生物沥滤-电动修复的优势互补作用;③进行了电场条件下重金属和微生物的迁移研究;④硫杆菌对污泥重金属形态的影响机制与活化效果研究；⑤生物活化与否的电动处理效果比较研究。并取得了如下的研究成果：①通过探讨了不同接种量和不同底物浓度下氧化亚铁硫杆菌生物沥滤去除污泥中重金属（Cu和Zn）的效果比较,确定选用10%接种量和10 g.L-1 FeSO4.7H2O浓度为最佳反应参数。②研究电场条件下城市污泥重金属Cu和Zn的总量及其形态含量迁移变化规律，得出如下结论：1）生物沥滤-电动修复技术可以很好去除污泥中的铜和锌含量，反应结束后，在先生物沥滤后电动修复后,污泥泥相中的Cu、Zn的浓度为63.4 mg.kg-1、33.3mg.kg-1；而同时生物沥滤和电动修复后，污泥泥相中的Cu、Zn的浓度为135.21mg.kg-1，82.34mg.kg-1；均达到我国污泥土地利用质量标准中规定的重金属控制标准。2）生物沥滤-电动修复技术后，污泥泥相中的铜转化为残渣态和碳酸盐结合态为主,而锌则转化为以残渣态为主，均有利于土地安全投放。3) 同步生物沥滤和电动修复反应过程中，前期加入的FeSO4.7H2O中的Fe2+离子也随之电迁移至阴阳极中,导致后期生物沥滤能源不足而影响有机硫化物结合态的转化，同时也会加大电能的消耗，增加了处理成本，因此本研究认为先生物沥滤后电动修复较为经济可行。以上这些结果或将为城市污泥无害化、资源化利用提供新的思路和理论基础。