城市污泥总氮总磷.docx
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城市污泥总氮总磷
文章编号:
10002582X（2010）032099204
城市污泥总氮、总磷消解测定方法
陈大勇1,王里奥1,罗书鸾2,马培东1,陶 玉1
（1.重庆大学资源及环境科学学院,重庆400044;2.中化重庆涪陵化工有限公司,重庆408000）
收稿日期:
2009210219
基金项目:
重庆市市政管理委员会项目（Z200521255002）
作者简介:
陈大勇（19732）,男,重庆大学讲师,博士研究生,主要从事固体废弃物处理与资源化利用研究。
王里奥（联系人）,女,重庆大学教授,博士生导师,（E2mail）wang65111477@yahoo.com.cn。
摘 要:
设计了正交实验并分析了H2O2与H2SO4消解污泥过程影响因素,在测定总氮时
H2O2添加次数在0.1水平下具有显著性,而H2O2用量和H2SO4用量对总氮的测定影响较小,较
优的消解方案:
H2O2添加次数为3次、每次消耗为0.25mL,H2SO4用量为1mL;在测定总磷时
H2O2添加次数在0.01水平下具有显著性,H2O2单次用量在0.05水平下具有显著性,而H2SO4
用量对总氮的测定影响较小,较优的消解方案:
H2O2添加次数为3次,每次消耗为0.25mL,
H2SO4用量为5mL。
综合考虑,总氮、总磷测定方法的最佳方案即H2O2添加次数为3次,每次消
耗为0.25mL,H2SO4用量为5mL。
按照该消解方案,测出总氮的回收率在98.53%～101.80%,
总磷的回收率在97.07%～101.67%。
关键词:
污泥;总氮;总磷;消解;正交实验
中图分类号:
X705文献标志码:
A
Adigestingmeasurementmethodofmunicipalsewagesludge’sTNandTP
CHENDa2yong1,WANGLi2ao1,LUOShu2luan2,MAPei2dong1,TAOYu1
（1.CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,ChongqingUniversity,Chongqing400044,P.R.China;
2.SINOCHEMFulingChongqingChemicalIndustryCO.,LTD.,Chongqing408000,P.R.China）
Abstract:
Parametricstudywithorthogonalexperimentiscarriedoutfordigestionofmunicipalsewage
sludgewithH2O2andH2SO4.ForTN,theaddingtimeofH2O2issignificantat0.1level,whilstthe
dosagesofH2O2andH2SO4arelesssignificant.Thebetterdigestionschemeisthatthenumberofadding
timeofH2O2isthreeandthedosagesofH2O2andH2SO4are0.25mLand1mL,respectively.Andfor
TP,theaddingtimeofH2O2issignificantat0.01level,andthedosageofH2O2issignificantat0.05
level.However,thedosageofH2SO4islesssignificant.Thus,thebetterdigestionschemeisthatthe
addingtimeofH2O2isthreeandthedosagesofH2O2andH2SO4are0.25and5mL,respectively.
Combiningthetwoschemes,theoptimalschemeofsludgedigestionisthreetimesforH2O2addingand0.
25and5mLforthedosagesofH2O2andH2SO4,respectively.Withthetest,therecoveryrateofTNis
between98.53%and101.80%,whiletherecoveryrateofTPisbetween97.07%and101.67%.
Keywords:
sewagesludge;totalnitrogen;totalphosphorus;digestion;orthogonalexperiment
随着社会的发展,城市人口的增加,工业废水与
生活污水的排放量日益增多,污泥的产出量迅速增
加[1]。
这些污泥含有多种由微生物形成的菌胶团及
其吸附的有机物、重金属元素和盐类[224],还有少量的病原微生物、寄生虫卵、有机毒素等综合固体物
质[527],如果处置不当会对水体、土壤、生态等造成极
大危害。
但污泥含有丰富的营养元素[8],其中的氮、
磷是污泥特性的一个重要指标,特别是堆肥农用的
最主要指标[9211]。
目前,中国尚没有颁布测定城市
污泥总氮、总磷含量的国家标准方法,主要借用土壤
全氮、全磷测定方法。
由于污泥与土壤的形成机理、
条件及组分构成等各不相同,在测定污泥总氮、总磷
时完全照搬土壤测定方法不恰当。
因此,国内外围
绕污泥总氮、总磷的测定方法进行了大量研究,主要
思路就是将污泥中的氮、磷元素全部转化为可溶于
水的化合物,再通过水质总氮、总磷测定方法测得其
含量。
其中,陈杰、封勇等[12213]用碱性过硫酸钾消解
定容后直接测定城市污泥中总氮含量;张志军等[14]
用碱熔融法测定污泥中总氮、总磷的含量;周旭红
等[15]将污泥与氢氧化钠在高温下熔融,然后用分光
光度法测定污泥总磷。
污泥中有机物质含量较高,
直接测定需要消耗大量碱性过硫酸钾,不利于成本
控制,并且不能保证污泥中的氮、磷元素全部进入溶
液;熔融法的温度要求达到720℃,测定前需要大量
酸来中和,其操作过程麻烦,不易于大批量测定。
为
了克服这些限制因素,寻找一种操作简单且易于批
量测定的方法,笔者设计了先将污泥用H2O2和
H2SO4消解定容,再借用水质标准测定总氮、总磷
的实验方案。
1 原理与方法
1.1 原理
H2O2在酸性条件下能够释放出氧化性极强的
原子态氧,加速污泥中有机质的分解,同时H2SO4
能够固定其中的氮元素。
碱性过硫酸钾分解出的原
子态氧在120～124℃的条件下可使消解液中的氮
元素全部转化为硝酸盐,使消解过程更加彻底。
用
紫外分光光度法于波长220和275nm处,分别测出
吸光度A220及A275,求出校正吸光度A=A220-
2A275,对照工作曲线得出总氮含量。
用钼酸盐显色
法于700nm处测出吸光度,再对照工作曲线得出总
磷含量。
1.2 方法
1.2.1 操作步骤
将风干污泥通过药材粉碎机制成小于100目的
粉末,混匀后准确称取约0.15g（精确至0.0001g）
于250mL三角瓶中,用少量无氨水润湿,然后加入
一定量的浓硫酸,再加入少量H2O2,冷却后放于电
热板上加热至微沸。
若溶液变为无色（即有机质分解完全）,则可以取下定容至100mL;若溶液为黑
色,说明有机质未完全分解,则取下待其冷却后再加
少量H2O2,重复上述操作直到溶液变为无色后方可
定容。
待消解溶液澄清后,分别取上清液1mL按
照水质总氮、总磷的测定方法测这2个指标。
1.2.2 因素控制
在实验过程中影响因素较多,主要为H2O2添
加的次数及单次用量、H2SO4用量。
根据因素设计
正交实验来具体分析这3个主要因素的影响程度,
并确定最佳操作步骤。
每个因素设定3个水平,考
虑其他因素的影响,设定一个空列,则形成L9（34）
表,各因素的水平见表1。
表1 实验控制因素及水平
水平
因素
H2O2添加
次数（A）
H2O2
用量（B）/mL
H2SO4
用量（C）/mL
空列（D）
110.2511
220.5032
331.0053
1.2.3 工作曲线
1）总氮。
按照水质总氮测定方法,分别取0、
1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0mL
标准硝酸钾溶液注入25mL比色管中,加无氨水稀
释至10.0mL,加入5mL的碱性过硫酸钾溶液,塞
紧磨口塞并用布及绳子扎紧瓶塞,以防弹出。
测定
完成后绘制工作曲线,拟合方程为
y=0.0076x+0.0295,R=0.9995。
2）总磷。
按照水质总磷测定方法,分别取0、
0.5、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0mL磷酸二氢钾标准
溶液注入50mL比色管中,加水稀释至25mL,然后
按照水质总磷测定的方法操作。
测定完成后绘制总
磷工作曲线,拟合方程为
y=0.0097x-0.0032,R=0.9999。
2 正交试验与讨论
参考土壤全氮、全磷测定标准方法,测得污泥中
总氮含量为38.21g/kg,总磷含量为17.94g/kg。
在同批次样品中,按照正交表L9（34）的要求分别称
取9份,控制不同实验影响因素的水平对其进行消
解,依照水质总氮测定方法对消解液中总氮进行测
定,扣除污泥中水分的影响后与参考土壤测得的总
氮进行对比,则2种指标回收率见表2。
表2 污泥总氮、总磷回收率
实验次数
回收率/%
总氮总磷
T192.4595.88
T293.9594.01
T396.2894.83
T496.5297.63
T596.2496.82
T6100.1596.89
T797.31100.30
T8100.3797.83
T9100.0797.90
2.1 污泥总氮测定消解方法
利用正交分析方法计算污泥总磷回收率的K、
P、Q及S值（见表3）,方差分析见表4。
表3 污泥总氮回收率正交计算表
实验次数
H2O2
添加次数
H2O2单次
用量/mL
H2SO4
用量/mL
空列
（A）（B）（C）（D）
计算结果
Kj1282.68286.28292.96288.75
Kj2292.91290.55290.55291.41
Kj3297.75296.51289.83293.17
Qj84786.3684764.5084748.7184750.21
K=873.34
P=84746.91
Q=84809.05
Sj239.4517.591.803.30ST2=62.14
表4 污泥总氮测定方差分析
方差来源平方和自由度均方和F值显著性
A39.45219.7211.953
B17.5928.795.33不显著
C1.8020.900.55不显著
误差3.3021.65
说明:
3表示在0.1水平下显著。
从表3可以看出,3个控制因素的影响大小秩
序为A>B>C,其中在0.1水平下H2O2添加次数
具有显著性,其他2个因素对总氮的测定影响较小。
从表3可以看出K13>K12>K11,则H2O2添加次数
较优的水平为A3。
由于因素B与C在实验中的作
用不显著,从节约的角度出发选择耗量最少的水平,
即B1、C1。
因此,污泥总氮测定方法的较优消解方
案为A3B1C1。
2.2 污泥总磷测定消解方法
利用正交分析方法计算污泥总磷回收率的K、
P、Q及S值（见表5）,方差分析见表6。
表5 污泥总磷回收率正交计算表
实验次数
H2O2
添加次数
H2O2单次
用量/mL
H2SO4
用量/mL
空列
（A）（B）（C）（D）
计算结果
Kj1284.72293.81290.60290.60
Kj2291.34288.66289.54291.20
Kj3296.03289.61291.95290.29
Qj84525.4084508.8984504.8584504.02
K=872.09
P=84503.88
Q=84531.53
Sj221.525.010.970.14ST
2=27.65
表6 污泥总磷测定方差分析
方差来源平方和自由度均方和F值显著性
A21.52210.76150.7133
B5.0122.5135.093
C0.9720.496.82不显著
误差0.1420.07
说明:
33表示在0.01水平下显著,3表示在0.05水平下显著。
从表5可以看出,3个控制因素的影响大小秩
序为A>B>C,其中H2O2添加次数在0.01水平下
具有显著性,H2O2单次用量在0.05水平下具有显
著性,而H2SO4用量对总氮的测定影响较小。
从
表4可以看出K13>K12>K11,则H2O2添加次数较
优的水平为A3;K21>K23>K22,则H2O2用量较优
的水平为B1;虽然H2SO4用量对实验的作用不显
著,但F值仍较大说明对实验有一定的影响,而
K33>K31>K32则H2SO4用量选择C3。
因此,污泥
总磷测定方法的较优消解方案为A3B1C3。
2.3 加标回收率
在污泥消解过程中H2O2添加次数及单次用量
均对总氮、总磷测定的影响较大,而H2SO4在该过
程中提供H+,其作用也很大。
综合考虑,污泥总
氮、总磷测定方法的最佳消解方案为A3B1C3。
按照
所选方案消解,测定污泥中总氮、总磷含量;以硝酸
钾、磷酸二氢钾作为标准物质,其标准溶液混合消解
再分别测定氮、磷;在消解污泥前分别向锥形瓶中加
入标准溶液,消解定容后测定总氮、总磷,测定结果
见表7。
表7 污泥样品及加标回收实验测定结果
样品
测定含量/mg
NP
实际含量/mg
NP
加标回收率/%
NP
污泥564827365732269198.53101.67
标准物质10184941000500101.8098.80
污泥+
标准物质
647029806490307099.6997.07
从表中可以看出,总氮的回收率在98.53%～
101.80%,总磷的回收率在97.07%～101.67%,说
明该方法能够准确测出污泥中总氮、总磷含量。
由
于消解过程中引入SO2-
4,若将其作为消解测定重金
属的方法,必须注意SO2-
4的沉淀作用,对于污泥中
Hg、Pb等测定不适用[16219]。
3 结 语
分析了污泥消解过程影响因素,在测定总氮时
H2O2添加次数在0.1水平下具有显著性,而H2O2
用量和H2SO4用量对总氮的测定影响较小,较优的
消解方案为A3B1C1;在测定总磷时H2O2添加次数
在0.01水平下具有显著性,H2O2单次用量在0.05
水平下具有显著性,而H2SO4用量对总氮的测定影
响较小,较优的消解方案为A3B1C3。
综合考虑,总
氮、总磷测定方法的最佳方案为A3B1C3,即H2O2
添加次数为3次,每次消耗为0.25mL,H2SO4用量
为5mL。
按照该消解方案,测出总氮的回收率在
98.53%～101.80%,总磷的回收率在97.07%～
101.67%。
但由于该方法在消解过程中引入SO2-
4,
若将其作为消解测定重金属的方法,必须考虑SO2-
4
的沉淀作用,且该方法对于污泥中Hg、Pb等测定不
适用。
参考文献:
[1]马培东,王里奥,黄川,等.改性污泥用作垃圾填埋场
日覆盖材料的研究[J].中国给水排水,2007,23（23）:
38242.
MAPEI2DONG,WANGLI2AO,HUANGCHUAN,
etal.Testondailycovermaterialoflandfillsitebased
onmodifiedsludgefrommunicipalsewagetreatment
plant[J].ChinaWater&WasteWater,2007,23（23）:
38242.
[2]BROWNMJ,LESTERJW.Metalremovalinactivated
sludge:
theroleofbacterialextracellularpolymer[J].
WaterResource,1979,13（9）:
8172837.
[3]LESTERJN,STERRITRM,KIRKPWW.Significance
andbehaviorofheavymetalsinwastewatertreatmentprocess.II:
sludgetreatmentanddisposal[J].Scienceofthe
TotalEnvironment,1983,30（9）:
45283.
[4]MACNICOLRD,BECKETTPH.Thedistributionof
heavymetalbetweentheprincipalcomponentsof
digestedsewagesludge[J].WaterResource,1989,23
（2）:
1992206.
[5]SLOANJJ,DOWDYRH,DOLANMS,etal.
Long2termeffectsofbio2solidsonheavymetal
bioavailabilityinagriculturalsoils[J].Journalof
EnvironmentalQuality,1997,26（4）:
9662974.
[6]HEMANDEZT,MASCIANDAROG,MORENOJI,
etal.Changesinorganicmattercompositionduring
compostingoftwodigestedsewagesludges[J].Waste
Management,2006,26（12）:
137021376.
[7]生骏,陆文静,王洪涛.粉煤灰对污泥堆肥过程和土地
施用后交换态重金属（Cu,Zn,Pb）的影响[J].环境科
学,2007,28（6）:
136721371.
SHENGJUN,LUWEN2JING,WANGHONG2
TAO.Effectsofflyashontheexchangeableheavy
metals（Cu,Zn,Pb）duringsewagesludgecomposting
andlandutilization[J].EnvironmentalScience,2007,
28（6）:
136721371.
[8]贺亮,赵秀兰,李承碑.不同填料对城市污泥堆肥过程
中氮素转化的影响[J].西南师范大学学报:
自然科学
版,2007,32
（2）:
54258.
HELIANG,ZHAOXIU2LAN,LICHENG2BEI.
Effectsofdifferentbulkingagentsonnitrogen
transformationduringsewagesludgecomposting[J].
JournalofSouthwestChinaNormalUniversity:
Natural
Science,2007,32
（2）:
54258.
[9]MAHIMAIRAJAS,BOLANNS,HEDLEYMJ,
etal.Lossesandtransformationofnitrogenduring
compostingofpoultrymanurewithdifferent
amendments:
anincubationexperiment[J].Bioresource
Technology,1994,47（3）:
2652273.
[10]姚岚,王成端,徐灵.秸秆与污泥混合好氧堆肥研
究[J].西南科技大学学报,2008,23（3）:
53256.
YAOLAN,WANGCHENG2DUAN,XULING.
Researchonaerobicco2compostingofsewagesludge
andstrawbiomass[J].JournalofSouthwestUniversity
ofScienceandTechnology,2008,23（3）:
53256.
[11]
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