摘要：利用改进铁氧体法，石灰乳做中和剂，试验研究了不同FeCl3 /FeSO4初始浓度、pH值、FeCl3及FeSO4加入量（Fe3+/Mn+比值）、温度、反应时间等条件下，城市污泥用乙酸――双氧水淋溶浸出液中镉和铅去除率。结果表明，在pH为9、反应温度为室温、反应时间为1 h、 FeCl3 和FeSO4初始浓度分别为0.1，0.05 mol・L-1， Fe3+/ Cd2+= 10的最佳工艺条件下，镉去除率为89％；浸出后的液体镉含量达到安全排放标准。
关键词：铁氧体法；城市污泥；浸出液；镉；去除率
天津市是中国渤海西岸的重要城市之一，也是中国四大直辖市之一，污水处理基础设施基本完善。随着污水处理能力的增加，污泥产量也日益增加。2005年，城市污水厂日产污泥总量高达950 m3 (含水率75%)。污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等植物生长所需要的营养元素含量高，具有很高的土地利用价值。然而，污泥中大量的活性金属镉等给土壤造成很大污染，也限制了污泥的进一步利用[1]。试验研究表明，利用乙酸和H2O2去除污泥中镉等重金属的效果良好；但是，如何对废液中有害成分镉去除和无害化浸出，是防止二次污染的关键[2]。
1材料和方法
1.1材料
1.1.1浸出液制取采用利用乙酸和H2O2去除污泥中重金属的研究方法，利用加有双氧水的乙酸去除天津东郊污水浸出厂污泥中的重金属。工艺条件为：pH 为3 左右；乙酸的摩尔浓度为2 mol・L-1，双氧水与污泥的固液比为1∶2,反应温度为室温，反应时间控制在4 h 左右，过滤。用ICP测得浸出液中含量为2.49 mg・kg-1。
1.1.2重金属去除仪器：WLD-2C型等离子体光谱仪：北京瑞利分析仪器公司； PHS-3B型酸度计：上海精密仪器有限公司； CHA-SA型气浴恒温振荡器：江苏省金坛市环宇科学仪器厂；FA1004型电子分析天平：上海分析仪器总厂。
试剂：FeCl3 ・7H2O、FeSO4 ・7 H2O、生石灰、H2SO4：分析纯。
1.2方法
取污泥浸出液 10 mL置于100 mL锥形瓶中，加入2 mL一定浓度的FeSO4 溶液和2 mL一定浓度的 FeCl3溶液，再加入一定量0.8 mol・L-1的石灰乳溶液，调混合液pH为一定值, 在室温下于气浴恒温振荡器上反应1 h，过滤，用等离子体光谱仪测定滤液中镉含量。
镉去除率（x）由下式计算：
x=（V0C0－VC）/ V0C0
式中，V0和C0分别为加入的污泥浸出液的体积和金属镉离子的浓度；V和C分别为实反应后滤液的体积和滤液中镉离子的浓度。
2结果与讨论
2. 1 FeCl3 和FeSO4初始浓度对镉去除率的影响
在混合液pH为9、反应温度为室温、反应时间为1 h、 Fe3+/ Cd2+= 10的条件下，FeCl3和FeSO4初始浓度对重金属去除率的影响见图1。由图1可见，随FeCl3和FeSO4初始浓度增大，镉有所升高；但当FeCl3和FeSO4初始浓度分别增加到0.1 mol・L-1和0.05 mol・L-1以上时，镉的去除率有不同程度下降。这是因为，随FeCl3和FeSO4初始浓度的增加，Fe3+和Fe2+转化成铁氧体的几率增加，铁氧体包裹金属离子的能力增强；但金属离子的去除率不同，当FeCl3和FeSO4初始浓度增加到一定程度时，有些离子的去除率甚至有下降趋势，主要与它们的电负性有关，电负性越大，吸附性就越大[3]。在FeCl3和FeSO4初始浓度分别为0.1 mol・L-1和0.05 mol・L-1时，镉去除效果较好。
2.2混合液pH对镉去除率的影响
在反应温度为室温、反应时间为1 h、FeCl3和FeSO4初始浓度分别为0.1 mol・L-1和0.05 mol・L-1、nFe3+: (nCu2＋＋nZn2＋)=10的条件下，混合液pH对镉去除率的影响见图2。由图2可见：pH在7～7.5的中性或低碱度条件下，镉去除率较低，随着pH的增加，去除率也迅速升高；pH为7.5～9时，镉去除率升高显著；pH大于9时，镉去除率升高缓慢。因此，镉去除率的最佳pH值为9。
2.3Fe3+/ Cd2+对镉去除率的影响
在混合液pH为9、反应温度为室温、反应时间为1 h、FeCl3和FeSO4初始浓度分别为0.1 mol・L-1和0.05 mol・L-1的条件下，Fe3+/ Cd2+对镉去除率的影响见图3。从图3可见，随nFe3+: (nCu2＋＋nZn2＋)增大镉去除率提高，这是因为， Fe3+加入量越大，镉和Fe3+、Fe2+结合生成铁氧体的量就越大，去除率就越高。当Fe3+/ Cd2+为10时，镉的去除率最大。
2.4 反应温度对镉去除率的影响
在混合液pH为9、反应时间为1 h、FeCl3 和FeSO4初始浓度分别为0.1 mol・L-1和0.05 mol・L-1、Fe3+/ Cd2+＝10的条件下，反应温度镉去除率的影响见图4。从图4可见，在15～55 ℃范围内，镉去除率随温度的升高整体略有提高，但不显著，说明温度已不是本试验主要的影响因素。综合考虑，本试验选择在室温下进行，镉去除率为89％。
2.5反应时间对镉去除率的影响
在混合液pH为9、反应温度为室温、FeCl3 和FeSO4初始浓度分别为0.10 mol・L-1 和0.05 mol・L-1、Fe3+/ Cd2+＝10的条件下，反应时间对镉去除率的影响见图5。从图5可见：随反应时间延长，镍去除率不断提高，镉的去除率升高显著；反应1 h后，镉的去除率不断下降。这镉与铁氧体的反应类型有关：镉与铁离子的半径相差很大，发生的吸附反应，存在解吸现象[4]。在反应时间为1 h时，镉的去除率达到最大为89％。
3结论
用改进铁氧体法去除城市污泥用乙酸――双氧水淋溶浸出液中镉的最佳工艺条件是：pH值为9，温度为室温，反应时间为1 h，FeCl3（FeSO4）加入量Fe3+/ Cd2+比值为10，FeCl3 /FeSO4初始浓度为0.10/0.05 mol・L-1。在此条件下，浸出液中镉去除率为89％。去除后的液体中镉含量都达到城市污水浸出厂污水污泥排放标准。
参考文献：
[1] 曾祥峰,王祖伟,孔凡晓.天津城市污泥特征及其在碱性盐化土中综合利用的分析[C]//第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集,2007:675-678.
[2] 王世猛,王祖伟,曾祥峰.利用乙酸和氧水去除污泥中的铜和锌的研究[J].农业环境科学学报,2007（26）:616-619.
[3] Chen J P, Hong L, Wu S, et al. Elucidate of interaction between metal ions and Ca alginate-based on ion-exchange resin by spectroscopic analysis and modeling simulation[J].langmiur, 2002.18(3):9413-9421.
[4] Weast R C. Handbook Chemistry and Physics(69th edition)[M].New York :CRC press，1988：164.
