酒污泥化学组分与重金属形态分布研究

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酿酒科技2008年第8期(总第170期)・HQUOR—MAKINGSCIENCE&TECHNOLOGY
2008
No.8(T01.170)
啤酒污泥化学组分与重金属形态分布研究
徐胜祥1,徐运清-,黄先致1,戟卫民2
(1.孝感学院生命科学技术学院,湖北摘要:
孝感432000;2瑚北金龙泉啤酒(孝感)有限公司,湖北孝感432000)
土地利用是资源化利用啤酒污泥的有效途径,随污泥中的营养成分一起进入土壤中的还有其中的重金
属元素,其有可能给生态环境安全和人类健康带来风险,甚至构成威胁。选取湖北金龙泉啤酒(孝感)有限公司废水
处理站产生的污泥为研究对象,进行污泥的化学组成及重金属形态分布研究。结果表明,啤酒污泥中含有丰富的有机质和氮、磷养分,具有较高的肥料价值;污泥中重金属元素的形态分布差异较大,但大部分是以非交换态存在,其潜在的迁移性和植物毒性较低。研究目的在于探讨污泥中重金属的潜在迁移规律。预测污泥中重金属的环境污染
风险,为啤酒污泥农业利用提供有益的参考。
关键词:啤酒污泥;化学组分;重金属形态;土地利用中图分类号:TS262.5;TS261.4;X797;X17。
文献标识码:B
文章编号:1001—9286(2008)08—0130—03
Research
on
ChemicalComponents
ofBeerSludgeandItsHeavyDistribution
Wei—min2
MetalsModality
(1.CollegeofBiological
XUSheng—xian91,XUYun—qin91,HUANGXian—zhilandJI
ScienceandTechnologyofXiaoganUniversity,Xiaogan,Hubei432000;
2.HubeiJinlongquanBeerCo.Ltd.,Xiaogan,Hubei432000,China)
Abstract:Landlineis
one
oftheeffectiveapproachesfor
resourceretlse
ofbeersludge.Withhumusandnutrientssuch邪Ili仃ogen,phosphorus
to
andpotassium,heavymetalsofbeersludgeenteredintothesoilwhensludgewasapplied¥icalenvironmentsecurityandhumanhealth,or
even
land.Theymightbring

potentialrisk
to
theecolo・

threat.BeersludgeofthewastewatertreatmentstationofHubeiJinlongquanCo.(Xiao-
gan)waschosen
forcarrying
out
theresearch
on
chemicalcomponentsofbeersludgeanditsheavymetalsmodalitydistribution.Theresults
showedthatbeersludgehadrichorganicsubstances,nitrogenandphosphorusnutrients.Thoughthedistributiondifferenceofmodalityvared,mostofthemexistedinnon—exchangeableformsandtheirlatentmigratorycharacteristicsandphytotoxicitysearchailIled
at
heavymetals'waslow.There-
discussingthepotentialmigratoryrulesofheavymetalsinsludge.forecastingtheirenvironmentalpollutionriskandproviding
beneficialreferenceforbeersludge’S
a鲥culturaluse.
use
Keywords:beersludge;chemicalcomponent;heavymetalmodality;land
随着啤酒工业的快速发展、产生的啤酒废水日益增多,污泥的产出量迅速增加。大量积累的污泥,不仅将占用土地。而且其中的有害成分如重金属、病原菌、有机污染物及臭气将成为影响城市环境卫生的一大公害。啤酒污泥中含有丰富的蛋白质、有机质、氮、磷、钙和镁等营养成分.土地利用是污泥处置的主要途径。而其中的重金属由于具有难迁移、易富集、危害大等特点。一直是,制约污泥农业利用的最主要因素【11。研究表明。重金属总量已经不能很好地揭示重金属的生物有效性、毒性及其在环境中的化学活性和再迁移性,其存在形态更大程度上决定着重金属的环境行为和生物效应.因此研究重金属环境行为的重点集中到确定重金属的形态分布特征上闭。目前,我国对啤酒污泥的研究主要集中于污泥污
收稿日期:2008—04—28
染组成、重金属总量及综合利用等方面,对啤酒污泥中重金属的形态分布和迁移转化规律研究较少。
基于以上分析,本文选取湖北金龙泉啤酒(孝感)有限公司废水处理站产生的污泥作为研究对象。研究啤酒污泥的化学组成、重金属化学形态分布特征及其迁移转化规律,预测重金属的长期环境风险.从而为控制啤酒污泥污染物沉积、改善啤酒污泥质量和合理处置啤酒污染等提供科学依据。1材料与方法1.1供试材料
湖北金龙泉啤酒(孝感)有限公司年产啤酒10万千升,生产过程中产生的废水约8t/t啤酒。自2004年11
作者简介:徐胜祥(1979一),男,湖北武汉人,硕士学历,讲师,主要从事环境监铡和环境信息工程等领域的研究。
万方数据

盆壁叠,盆垂溘,盏盎煞,韭里基:生烫菱墨些堂丝金墨重金星受查金查盟壅
li曼薹
月份开始采用4200m3/d处理能力的CASS工艺系统对啤酒废水进行治理。本实验所用污泥就取自其废水处理站运行的CASS工艺系统产生出的活性污泥(2007年5月)。
1.2样品采集与处理
根据污水处理站的面积大小和运行能力,采用非均匀性布点方法。分别在其CASS处理池I、CASS处理池II、污泥浓缩池及外排污泥堆4个地点各设置5个采样点(见图1),共20个采样点。每个样品从2mx2m正方
形4个顶点和中心共5处用握料铲各采集1奴污泥土,均匀混合后.用四分法选取l妇作为该点样品,然
后装入塑料袋,贴上标签。将采集的污泥样品,晾摊于室内木板上风干.弃去杂物.用木棒碾碎后过100目尼龙网筛,装入棕色广口瓶中,贴上标签后备用。
废水一格栅—_r术,J、¨o一/J、,卜
出水
清澈回流
滤液回流
外排污泥堆
图lCASS工艺流程图
1.3检测项目及分析方法
.各测试样品设置3个平行样,1个空白样,扣除空白值后取平均值作为结果。用标准溶液加标回收作为分析质量控制,实验的加标回收率在90%~105%之间.基本符合要求。试验中所有试剂均为分析纯,所用的离心管均用稀硝酸润洗,试验用水均为去离子水。
1.3.1
污泥样品理化性质测定
,’用《土壤农化分析》【3】上的常规分析方法分析样品的N、P、K总量和速效养分,蛋白质、有机质、pH、CEC等。1.3.2污泥样品重金属元素总量分析
:Hg使用冷原子吸收分光光度法测定;污泥Cd、Cr、
Cu、Zn和Pb5种重金属总量的测定采用HN03一HF—
HCl04混合酸在聚四氟乙烯坩锅中消解,普析通用TAS一986原子吸收分光光度计测定,Zeeman效应校正背景吸收。
1.3.3污泥样品重金属形态分级分析
。总量分析只能测试出重金属存在的总量,未能判定其存在的形态。采用Tessier5步连续提取法【4】,将污泥中的重金属分为交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态、残渣态5种形态分别进行萃取,测定每种形态重金属含量。具体试验步骤为[fl:
①可交换的离子态:称取一定量污泥干样,再加入
mL1.0mol/L
MgCl2,22±3℃下振荡1h,离心,取上清
液分析:
②碳酸盐结合态:残留泥样水洗后加入1.0mol/L
万方数据
NaAc(pH5.0)8mL,室温振荡6h,离心,收集上清液分析;

③铁锰氧化物结合态:残留泥样水洗后加入8mL0.04
mol/LNH20H・HCl,96℃条件下保持6h,途中振荡
数次,离心,收集上清液分析:

④有机物结合态:残留泥样水洗后加人8mL
0.02mol/L
HN03和5mL30%H202(pH2.0),85℃条件
下振荡4h,再加入2mL3.2
mol/LNH4Ac,振荡30min,
离心,收集上清液分析;
⑤残渣态:残留泥样加入10mL浓HNO,,电热板加热至近干。共进入4次,用1+1HNO,温热溶解,过滤,对滤液进行分析。
将每个提取组分分离的清液过滤置于塑料瓶中,用原子吸收分光光度计测定每一步中的重金属含量(mg/kg)。
1.4数据处理’
根据实验测得数据.利用Excel2003进行数据整
理;利用SPSSl0软件进行数理统计分析。
结果与分析
2.1
啤酒污泥样品理化性质分析
经测试,啤酒污泥样品平均含水率为83.2%,其干
污泥的理化性质分析结果见表l。
表1
啤酒污泥样品的理化性质
项目平均含量
项目
,平均含量
pH值
6.12全K(%)0.41CEC(cmol/kg)72.4
碱解氮(mg/kg)839.2蛋白质(%)23.9
速效磷(mg/kg)62.7
有机质(%)35.3速效钾(ug/kg)
12.5全N(%)
2.2
Ca(mg/kg)649.2全P(%)0.86
Mg(mg/kg)
726.5
从表l可看出.啤酒污泥是一种富含有机质(平均为35.3%)、高氮(平均为2.2%)、磷(平均为0.86%)、Ca(平均为649.2mg/kg)、Mg(平均为726.5mg/kg)而低钾(平均为0.41%)的有机肥,供肥能力相对较强,而且C/N适合(通常为6~8)。因此是一个很好的有机肥源,适合作为农用堆肥原料。一般来说,在没有其他限制因素的时候养分越高越适合农业利用。(2000年中国环境状况公报》显示,由于有机肥投入不足,化肥使用不平衡,造成耕地土壤退化,耕层变浅,耕性变差,保水肥能力下降。而啤酒污泥或污泥堆肥中含有丰富的农作物和植物生长必需的养分元素,不但可以提高土壤的肥力,而且其中的有机质还是良好的土壤改良剂,可以改善土壤的物理性质。有机质的密度小,它在土壤中可增加土壤的孑L隙度而明显减小土壤的容重,进而减少雨水对土壤表面的冲刷和植物养分的流失。同时由于土壤孔隙状

豫4≤篡
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701
况的改善会增加土壤的含水量。因此,合理施用啤酒污泥对土壤一植物系统具有重要的经济、环境意义。
含量控制在安全的范围内。
2.2啤酒污泥样品重金属形态分布分析
此外.啤酒污泥的粗蛋白质量分数达到23.9%,Ca、
Mg、P、Fe等元素的含量较多,还含有不少藻类培养所需的微量元素和辅助生产的有机物质,是培养藻类的良好基质或作为饲料,但应注意要将重金属元素如Pb、Cd的啤酒污泥样品中重金属元素Hg、Cd、Cr、Cu、Zn和
Pb的总量、连续提取各形态的含量、回收率见表2。
表2啤酒污泥中重金属的化学形态及含量
监涣9I贞月
Hg
Cd
0.190.51Cr
Cu
0.49Zn
1.09Pb
交换态
,0.020.04碳酸盐结合态O.Ol0.05
0.270.38.0.48
0.02
铁锰结合态0.04
1.85
0.45

126.891.48
有机物结合态0.65
0.3422.564.1019.47
0.40残渣态O.360.6261。81120.2116.55
15.88
五步合量。1.083.0585.60125.18164.4817.82总量1.172.96
88.89
127.6161.73
18.64
回收率(%)
92.40
103.2096.3098.10
101.7095.60
注:重金属元素的单位为mg/kg干重;“一”表示未检出。
从表2可看出.与我国农用污泥的重金属标准比较来看[03,Hg,Cd、Cr、Cu、Zn和Pb6种重金属的平均总量都远远低于我国《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284—84)中对污泥农用时酸性土壤重金属的最高允许限值。说明该污泥中各重金属总量均符合国家的农用污泥标准。这就大大降低了该污泥直接施用或制成商品有机肥后施用的风险。,
从总量的角度研究重金属是比较传统的研究方法。其原理简单,即通过研究污泥和施用污泥土壤重金属含量的变化来评价其环境效应。该方法操作简便。结果可靠.可以很好地从量的角度反映污泥施用后重金属的变化。来预测重金属的增减趋势。其缺点是总量虽然是一个可控制的指标.但只凭一个总量无法说明重金属的活性和生物有效性.无法对重金属的环境效应给出正确的评价切。环境科学研究表明,重金属的生物可利用性及植物毒性不仅与其总量有关,更大程度上由其形态分布决定.相同总量的重金属形态分布不同,则其生物效应和环境效应差异较大圈。正是重金属的这一特性,为污泥土地利用中重金属污染物的无害化处理提供了科学依据。因此,研究重金属的形态分布可以为我们提供更为详细的重金属元素迁移性和生物可利用性的信息。按照Tessier方法将重金属在环境中存在的形态分为5类19]。交换态和碳酸盐结合态2类重金属与土壤结合较弱.最易被释放,有较大的可移动性和生物有效性;碳酸盐结合态,在酸性条件下有效性增大。铁锰结合态重金属在还原条件下易分解释放。有机物结合态重金属在氧化状
万方数据
态下易分解释放。这几种形态都具有潜在的化学活性、
迁移性和毒性,有一定的有效性。残渣态重金属属于不溶态元素,几乎不被植物吸收利用,它只有通过转化成可溶物质才对生物产生影响,一般生物富集和可移动性都很小。污泥中重金属的存在形态对重金属的溶出性质和污泥的资源化利用有重要影响,对啤酒污泥中的重金属进行不同形态的分级测定,其各形态分布对比结果见
图2。

图2污泥中重金属形态分布对比图
对比结果表明.虽然重金属在啤酒污泥中的存在形态较多.但大部分是以非交换态存在,主要是以有机物结合态及残渣态存在(Cd和Zn则主要是以铁锰结合态存在).而较易被当季作物吸收的交换态及碳酸盐结合态的含量则较低。其中,Hg的有机物结合态、残渣态占有61%和33%:Cd的铁锰结合态最高.残渣态、有机物结合态、交换态、碳酸盐结合态的百分率依次降低;Cr的残渣态、有机物结合态占大部比例(分别为72%、26%),其余3种形态所占比例极低;Cu的残渣态最高达到96%,其余4种形态百分率很低;与Cd类似,Zn的铁锰结合态占绝大部分;Pb则残渣态最高(占89%),铁锰结合态仅占8%,其余3种形态所占比例低。
以上分析表明.这些在污泥中存在的重金属形态,在短时间内不易被淋失或对土壤造成重金属污染,但随污泥进入土壤系统后,长期累积对土壤圈物质循环和土壤生态系统会产生何种影响,目前已有的研究结果很少。要实现污泥安全有效的利用,需要通过研究对其进行生态风险评价。一般来讲,重金属的生物有效性越大,则相对容易被作物吸收。其活性也就越大,则其对生物的毒性也较大.就需要采取一定措施来降低重金属的生态环境风险。另外。由于重金属在土壤中具有累积以及在酸性条件下化学浸提性较高的特点,啤酒污泥短期施用于酸性土壤是安全的.污泥长期连续施用于酸性土壤的效果有待进一步研究。啤酒污泥中重金属含量远远低于国家农用标准(中碱性标准),其在中碱性土壤中施用是比较安全的。
(下转第134页)

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酿酒科技2008年第8期(总第170期)・HQUOR—MAKINGSCIENCE&TECHNOLOGY
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No.80"01.170)
约3000mL。年会后,1个月总结_Ilj结果。三是健康成分的研究,即第一个项目的内容。这是今年应该完成的项目。估计完成的难度相当大,可以适当后延。四是年份酒的研究。该项目已经完成,应该在什么时候发表.以什么名义发表,请大家讨论。
t与会代表进行了充分讨论。大家一致认为。“中国白酒169计划”的确立是一项英明的决策。目前的研究,有创新,有突破。取得的成果令人非常振奋.非常鼓舞人心。特别是清香型白酒微量成分的检测.已经取得了突破性的进展。通过项目的实施,为企业培养了一批骨干力量。部分企业认为.“中国白酒169计划”是一个系统
伍,带出一支在世界上领先的、高水平的评酒师队伍。要进一步加强“产学研”合作。研究的团队要切实保护好已.经取得的成果,保障“169”项目企业的利益。研究的课题应该放在原定的框架内,当然,也可以根据企业的需求,延伸到框架外,但要考虑到研究资金的需求会增加。各企业应该保证研究样品的真实性。
会后部分代表参观了牛栏山酒厂,牛栏山酒厂李怀民厂长首先向代表们介绍了企业发展情况,并回答了各位代表提出的问题。代表们对牛栏山近年来的快速发展给与了高度评价。
出席本次工作会议的还有江南大学生物工程学院副教授范文来、四川剑南春集团有限责任公司总工程师徐占成、江苏洋河酒厂股份有限公司副总经理朱广生、技术中心副主任陈翔、山西杏花村汾酒厂股份有限公司总工程师杜小威、陕西西凤酒股份有限公司总经理贾智勇、四川郎酒集团卓毓崇、安徽口子酒业股份有限公司副总经理张国强、北京顺鑫农业股份有限公司牛栏山酒厂副厂长魏金旺、河北衡水老白干酿酒(集团)有限公司副董事长张志民、河北衡水老白干酿酒股份公司总经理张煜行、江苏今世缘酒业有限公司副总经理吴建峰、山东古贝春有限公司副总经理吴兆征。中国酿酒工业协会王琦秘书长到会看望了会议代表。
与会代表对牛栏山酒厂给予本次会议的大力支持表示感谢!
工程,随着研究的深入,应该加强管理模式的研究,统一
调度,统一进度。工作会议的频次应该增加,以增强相互的沟通与了解。
王延才理事长对会议作了全面的总结。他指出,当初成立“中国白酒169计划”时。主要是从三个方面考虑,一是对白酒行业基础性的问题进行一些研究;二是为企业生产提供服务;三是为企业培养一些好苗子。现在看来,这条路走对了。研究的方向与目标也逐渐明朗了。
“169”项目的团队相当好。大家心往一处想,齐心协力想做好这件事。正如有些同志说的,“越做越困难,越做越有兴趣”。团队的合作.也从原来的单边合作,走向多边合作。
王理事长要求.对项目的组织形式要好好地研究。大家要在一个统一的框架内开展工作.加强组织管理体系的研究,包括人员的调配。有的人员,企业应该重新调配。在阈值测定过程中.应该注意培养中国的评酒师队
(上接第132页)

‘”
“中国白酒169计划”项目办公室
二00八年七月十四日

・-+---6---4----+--4---4---6---+---1----+---0--+-+-+一+-+一+一+一+-+-—●r---卜-・—卜一—卜-—..-—+.-—+一-■一-・—卜-—卜・—卜一—卜一—●一—卜-+——卜——卜—+一+一+一—卜-—卜-+—-・+一-+-+—+—+-+-
结论
采集的啤酒污泥总体呈富含蛋白质和高有机质、高
[2】田冬梅,李延升,宋学君,等.城市污泥中痕量cd活性形态
的分析【J】.环境科学与技术,2005,28(6):14—18.
[3】鲍士旦.土壤农化分析(第三版)[M】.北京:中国农业出版社,
2000.
氮磷而低钾,具有良好的农用价值。啤酒污泥中的重金属元素限制了污泥的广泛农用.其总量分布研究表明污泥中各重金属均符合国家的农用污泥标准。连续提取研究表明不同的重金属元素的形态分布差异较大。但大部分是以非交换态存在,其潜在的迁移性和植物毒性较低。‘
污泥农用是污泥处理的主要发展趋势。污泥农用前,应对污泥基本性质、重金属总量及形态进行分析从而确定合理的处理方法,将污泥农用对土壤的污染减少到最小的程度,从根本上解决污泥的出路问题。参考文献:
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初探[J】.可再生能源,2004,(2):34-36.
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procedureforthespeciationofparticulate
trace
metals[J】.

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【5】马利民,陈玲,吕彦,等.污泥土地利用对土壤中重金属形态
的影响【J】.生态环境,2004,(2):151—153.
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totalCd
andpH[J】.SoilScienee,2002,167:62—67.
万方数据

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/460f336b561252d380eb6eed.html

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