污泥焚燒過程中重金屬的遷移研究現(xiàn)狀

侯 波，王 海，湛晨宇，唐 勛，馬 躍，岳長濤

（1.國能龍源環(huán)保有限公司，北京 100039；2.國能浙江電力有限公司，浙江 杭州 310051；3.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

0 引言

污水處理過程中會產(chǎn)生大量的污泥，處理產(chǎn)生的污泥一直受到較多的關(guān)注。活性污泥法是目前最常用的處理方法，這種方法會產(chǎn)生大量高含水率的污泥，高含水率的污泥不易貯存運輸并且存在很高的環(huán)境安全風(fēng)險隱患，污泥處理工作迫在眉睫。衛(wèi)生填埋法是國內(nèi)最常用的方法，焚燒法、衛(wèi)生填埋法、堆肥法等是國外最常用的方法，其中焚燒法最具發(fā)展前景。焚燒法可以利用豐富的生物能發(fā)熱，把污泥中存在的病菌徹底殺滅，氧化分解有毒有害的有機物，而且污泥經(jīng)過焚燒后使重金屬固定在殘渣中，殘渣可以作為生產(chǎn)水泥的原料，從而避免重金屬重新進入環(huán)境，達到污泥處理處置的減量化、資源化、無害化，圖1 為污泥焚燒爐。

圖1 污泥焚燒爐（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

1 研究現(xiàn)狀

夏鳳毅等[1]研究了添加氧化鈣或橡膠粉末的制革污泥焚燒過程中重金屬的遷移變化，氧化鈣和橡膠粉末均可在一定程度上抑制重金屬的揮發(fā)，當(dāng)添加3%氧化鈣時抑制效果最佳，鋅的揮發(fā)率降低了5.23%，鉛的揮發(fā)率降低了0.90%、銅的揮發(fā)率降低了5.59%、鉻的揮發(fā)率降低了4.43%；當(dāng)添加10%橡膠粉末時，鋅、銅的揮發(fā)率分別降低了9.49%、15.00%，鉛的揮發(fā)率僅僅降低了2.01%。

武宏香等[2]探究了污泥與木屑、煤燃燒過程中的重金屬的排放特性，得到了污泥、木屑、煤中的重金屬在燃燒過程中有不同程度的揮發(fā)結(jié)果，污泥中重金屬的含量高于煤和污泥。設(shè)置污泥的燃燒溫度為1000℃時，銅、鉛、鋅的揮發(fā)率較高分別為78.28%、63.46%、57.53%，鉻、銅、鎳的揮發(fā)率較低分別為38.56%、35.48%、25.91%，砷的揮發(fā)率受溫度影響不大，而污泥與煤混合燃燒的時候，重金屬的含量隨著煤的含量的增加反而降低，其中不包含鉛、鋅元素，污泥與木屑混合燃燒時，重金屬含量與污泥情況相近。

魏培濤[3]研究了印染污泥與木屑混合燃燒的特性及重金屬的排放特性，從焚燒溫度、停留時間、污泥含水率等方面進行實驗，從結(jié)果來看，Cd 和Pb 易于揮發(fā)，殘留率較低，Ni 和Cr 屬于難揮發(fā)的，具有較高的殘留率，污泥在燃燒時候的重金屬的遷移特性不僅與自身的揮發(fā)性有關(guān)，還與重金屬在污泥中的存在形態(tài)及重金屬的化合態(tài)沸點等有關(guān)。玻璃粉添加劑和氧化鈣添加劑都可以抑制印染污泥在焚燒過程中的重金屬遷移，但是氧化鈣添加劑的抑制效果要優(yōu)于玻璃粉添加劑，印染污泥焚燒時重金屬Cd、Pb、Cr、Ni 在殘渣中的殘留率，氧化性氣氛高于還原性氣氛。

劉淑靜等[4]分析了溫度對污泥焚燒殘渣中重金屬形態(tài)分布和綜合毒性的影響，設(shè)計在500℃、700℃、900℃的溫度下進行操作，讓污泥在固定床焚燒爐中停留20 分鐘，研究焚燒后的殘渣中的重金屬（Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd）的殘留特性和形態(tài)分布的規(guī)律。焚燒后的殘渣中的重金屬的穩(wěn)定態(tài)的分布比例都比焚燒前的高，其中銅的殘留率最高，高于80%，而鎘的殘留率最低，在900℃時也只有3.4%。

張幸福[5]探究了污泥焚燒過程中鉻等重金屬的遷移轉(zhuǎn)化特性，污泥焚燒過程中，隨著溫度的升高，Cr 的揮發(fā)率變高，殘渣中Cr（Ⅵ）的質(zhì)量百分比變大。Zn、Pb、Cd 為易揮發(fā)性金屬，會隨飛灰排放到空氣中，As 為半揮發(fā)性金屬，Ni 為難揮發(fā)性金屬，幾乎都會留在殘渣中，溫度升高使得重金屬的揮發(fā)率升高。隨著停留時間的增加，Cr 的揮發(fā)率變高，殘渣中Cr（Ⅵ）的質(zhì)量百分比變大，As 的揮發(fā)率先減小后增大，Cd 的揮發(fā)率逐漸增大，Ni 的揮發(fā)率逐漸變高，Pb 的揮發(fā)率先降低后升高，Zn 的揮發(fā)率先增大后減小，停留時間較長時，揮發(fā)率會趨于穩(wěn)定。CaCl2、CaO、Al2O3、SiO2作為固體添加劑可以起到固化金屬的作用，CaO 是作為吸附劑抑制重金屬的揮發(fā)，Al2O3、SiO2可以與重金屬結(jié)合生成硅鋁酸鹽，來抑制重金屬的揮發(fā)，而NH4Cl、（NH4）2SO4、（NH4）3PO4作為固體添加劑時，會促進重金屬向飛灰中遷移。

蔡海明[6]通過印染污泥與茶葉渣協(xié)同熱處置特性及重金屬遷移轉(zhuǎn)化行為研究，發(fā)現(xiàn)隨著茶葉渣摻燒比的增加，印染污泥摻燒殘渣中Cu 的殘留率增加，Zn、Ni、Cr 的殘留率先升高后降低，摻燒茶葉渣抑制As 的揮發(fā)促進Cd 的揮發(fā)。隨著溫度的升高，Cu、Zn、Mn、As 的存在形式?jīng)]有變化，而Ni、Cr 的穩(wěn)定性稍有降低，對Cd、Pb 的殘留率有較大影響。

WANG 等[7]探究了廢活性污泥與褐煤在管式爐的燃燒過程中Cd、Ni、Pb、Cr、Zn 的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，廢活性污泥與褐煤共燃，燃燒30min 后Cd、Pb、Zn 的揮發(fā)率均高于30%，它們的順序是Cd>Pb>Zn，相比之下，Cr 和Ni 的揮發(fā)率低于15%。高溫導(dǎo)致部分重金屬的揮發(fā)性增加，尤其是Zn 和Ni，但是Ni 的揮發(fā)率仍然很低。O2濃度高也會導(dǎo)致部分重金屬的揮發(fā)性增加，但是Cr 和Ni 隨著O2濃度的增加揮發(fā)性有小幅增加甚至減少。

Zain AliSaleh Bairq 等[8]研究了停留時間、溫度、氯化劑對污泥中重金屬去除效率的影響，得到了適宜的溫度在一定程度上可以提高重金屬的去除效率、增加停留時間可以明顯地提高重金屬的去除效率的結(jié)果，這在Pb 的情況下很明顯，不添加任何氯化劑的情況下，在800℃停留120min 后，去除率為96.0%，氯化劑對重金屬的去除有明顯的影響，其中對Pb、Zn、Cu 尤為明顯，去除效率分別能夠達到84.9%、73.5%和81.6%。

GUO Feihong 等[9]研究了景天植物與污泥在流化床上摻燒的重金屬形態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)飛灰中Cd 的穩(wěn)定性隨溫度的升高而減弱，對于Zn 和Pb，主要在殘渣中，它們在共燃后更穩(wěn)定，隨著溫度的升高Pb、Zn 和Cd 的浸出率都有不同程度的增加，而飛灰中幾乎所有的浸出率都低于殘渣，除了Cd 在900℃和1000℃時，表明摻燒可以減弱重金屬的浸出風(fēng)險。

FU Biao 等[10]通過工業(yè)煤漿與污水污泥共燃的實驗，研究了重金屬的熱化學(xué)與排放行為。與工業(yè)煤漿相比，污水污泥中Cu、Pb、As 和Zn 的揮發(fā)率升高，這可能與污水污泥中Cl 的濃度較高有關(guān)，而在污水污泥中加入工業(yè)煤漿后燃燒，As 的揮發(fā)率降低，在共燃過程中As 的揮發(fā)受到抑制，這可能與工業(yè)煤漿熱分解新形成的Ca/Al 捕獲As 蒸氣有關(guān)。

2 結(jié)語

目前已經(jīng)有很多關(guān)于污泥焚燒重金屬遷移的研究，但是關(guān)于它的研究還不夠徹底全面，還有待深入研究，比如：有的實驗僅考慮到外部條件的影響，沒有考慮重金屬之間可能互相影響；有的只進行了實驗研究，沒有對污泥重金屬的遷移進行模擬計算；開發(fā)實用的焚燒裝置，真正實現(xiàn)污泥的減量化、無害化、資源化利用。