第 1 章 绪 论
目前国内外在污水治理和回收再生水方面已经获得了丰富的技术成果和实践经验，实现了巨大的环境效益。但是广泛采用的生物法在消减了水中污染物的同时也产生了大量的剩余污泥[1]。这部分污泥含水率高且脱水性能差，有机质含量高且易腐化分解，散发恶臭、滋生蚊蝇，以及污泥中的重金属，有机有毒物质、病原菌都是造成二次污染的关键物质。截至2013年6月底，我国建成城镇污水处理厂3479座，污水日处理能力约1.46×108m3，日产污泥1.09×105吨（含水率80%）。由于污泥产量大，其物理、化学、生物性质差且极为不稳定，导致其处理处置难度极大，已成为国内外普遍关注的污水治理过程中的重点和难点[2]。传统的污泥处置方式中，大海投弃已被严令禁止；卫生填埋因占地多，稳定性差，以及渗滤液难于处理等问题已经逐渐淡出使用；污泥焚烧耗能高且易产生二噁英等致癌物质使其在污泥处理中所占的份额也相对较少。由于污泥含有丰富的有机质和植物生长元素，使污泥土地利用成为实现有益物质回归自然循环的最重要的资源化途径[3]。
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第 2 章 实验材料与方法
2.1试验材料与仪器
试验土壤取自黑龙江省哈尔滨市松北区对青山镇长发村，该地区分布着大量的盐碱化土壤，并与肇东、大庆等地的盐碱地一线相连。表观上看该土壤呈浅灰色，有大量花白的盐斑、板结开裂严重，土壤颗粒细，碾碎即呈粉末状，但土块坚硬。实验分析表明地表以下深度为 100cm 的土壤 pH 始终在 9 以上，含盐量在 1.13%以上，并以 0~20cm 表层土壤的 pH 值和含盐量最高。表层盐碱化土壤具体的理化性质见表 5-4，土壤中重金属含量及形态分布见表 5-5。实验中使用的试剂除用于重金属消解的盐酸、硝酸、高氯酸、氢氟酸采用色谱级纯度，以及用于重金属形态提取的冰乙酸、盐酸羟胺、过氧化氢采用优级纯试剂外，其余用于化学分析的试剂均为分析纯，实验过程采用去离子水。
2.2试验装置与运行方法
五室微生物脱盐电池（5chambers-Microbial Desalination Cells，5c-MDC）是一个由有机玻璃制成的对称结构的反应器，它包括 1 个阳极室（圆柱形，Φ=12cm，h=13cm，V=1470mL）、2 个阴极室（长方体，90mm×90mm×50mm，V=405mL）和 2 个脱盐室（长方体，90mm×90mm×30mm，V=243mL）（如图2-1 所示）。各腔室之间均有开放式的窗口（90mm×90mm），阴离子交换膜（Anion Exchange Membrane，AEM）（Ultrex AMI-7001，100mm×100mm）夹在阳极室与脱盐室之间，阳离子交换膜（Cation Exchange Membranes，CEM）（Ultrex CMI-7000，100mm×100mm）夹在脱盐室与阴极室之间。离子交换膜和密封垫一起用法兰和螺丝固定形成 5c-MDC 基本框架结构。两个阴极用软管连接起来，便于阴极液流动交换，起到等电势的作用。反应器的阳极以碳纤维刷为电极材料，碳纤维刷是将 TohoTenax 公司生产的型号为 STS4024K 碳纤维（比表面积：650±17m2/m3；平均直径为 7.0μm）剪成长度为 6cm 的小段，用两根直径为 1.5mm 的钛丝扭成长度为 12cm 的扭丝刷。相同的三根碳纤维刷以构成等边三角形三个顶点的位置垂直放入阳极室中，均匀分布且充满在阳极腔室。
第 3 章 污泥底物微生物脱盐电池的产电和脱盐性能 .......... 43
3.1引言 .................................... 43
.2 不同构型 MDC 的产电性能 ........................................ 43
第 4 章 MDC 阳极污泥有机物降解及重金属形态转化 .............. 69
4.1 引言 ....................... 69
4.2 改进 MDC 构型对阳极污泥盐分累积的抑制作用 .................................... 69
第 5 章 施用污泥对盐碱土的改良效果 ..................................... 93
5.1 引言 .......................... 93
5.2 污泥及盐碱化土壤的理化性质分析结果 ............................... 93
5.3 施用污泥对土壤盐碱化特征参数的改良效果 ............................... 97
第 5 章 施用污泥对盐碱土的改良效果
5.1引言
利用污泥中的有机质改善盐碱化土壤理化性质的同时也将重金属带入了土壤环境，由于重金属难降解、易富集、可通过食物链进入人体，给人体健康造成危害。因此，土壤重金属的污染是限制污泥土地利用的重要因素，近年来已有相关研究报到了重金属农用过程中的风险，大量研究认为适当的施入污泥不会造成土壤中重金属的污染，植物中重金属的含量也在标准值范围内。但是目前对于污泥改良盐碱化土壤中重金属迁移和转化规律的研究还较少。由于盐碱土具有高 pH 值环境，是降低重金属在土壤中活性的重要条件，基于这一理论基础，本章主要以不同比例施用脱水污泥和阳极污泥改良盐碱化土壤，在长期孵育的条件下，研究土壤中重金属含量和形态的变化，并讨论重金属在土壤和植物中的富集系数。
5.2污泥及盐碱化土壤的理化性质分析结果
表 5-2，5-3 表明脱水污泥和阳极污泥中 As、B、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 含量均低于《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》(CJT/291-2008)碱性土壤(pH≥6.5)最高允许浓度指标值，但均高于盐碱化土壤的背景浓度值。含量较高的是 Zn、Cu、Cr、Pb、Ni，只有 As 占标率超过了 20%。其中 Zn 的酸溶态含量较高，且阳极污泥中酸溶态的 Zn 略高于脱水污泥中酸溶态的 Zn；而脱水污泥和阳极污泥中 Cu 的可氧化态含量均较高，Cr 都主要以残留态和可氧化态为主，Pb 的残留态比例最高，但脱水污泥中可氧化态的 Pb 略高于阳极污泥中可氧化态的 Pb；两种污泥中 Ni 的残留态和酸溶态含量均较高，而 As除残留态含量较高以外，其余形态含量相当。结果表明，尽管污泥中 As、B、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 含量远远低于土地改良用泥质的标准，但污泥中重金属的活性高于土壤中重金属的活性（表 5-5）。
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结 论
通过研究三种构型的脱水污泥为阳极底物的 MDC 性能，以及脱水污泥和阳极污泥对盐碱化土的改良作用，为污泥的综合利用、MDC 的性能优化与功能拓展、以及盐碱化土壤改良实践提供理论依据。主要得到以下结论：
（1）以脱水污泥为阳极底物的 MDC 具有启动快和长期运行稳定的特点。三种构型 MDC 的产电效率相近，电池内阻为 7c-MDDC>5c-MCDC>5c-MDC。长期稳定性的研究中发现 5c-MDC 可以稳定运行 300d，在 130d 达到最大功率输出（Pmax为 3.178W/m3）；7c-MDDC 可稳定运行 200d，在 52d 达到最大功率输出（Pmax为 1.966W/m3）。
（2）脱盐性能方面，5c-MDC 的脱盐效率最高，5c-MCDC 适用于低浓度盐溶液的快速脱盐，7c-MDDC 的脱盐效率较低，5c-MCDC 和 7c-MDDC 均可以有效避免阳极污泥盐分的增加。对于同一种构型的反应器其脱盐效率随着初始 NaCl 浓度的增加而降低。在长期运行过程中 5c-MDC 和 7c-MDDC 的脱盐效率先增加后降低，且在各个运行阶段 5c-MDC 的脱盐效率均明显高于7c-MDDC。
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参考文献（略）