广州市污水污泥特性及其焚烧过程中重金属排放与控制研究

摘要

随着我国污水处理程度要求的提高，污水生物处理系统产生了大量的污水污泥，污水污泥的减量化和资源化是一个急需解决的难题。焚烧方法由于可以大幅度减少污泥体积，杀死有机微生物污染物等优点而得到越来越广泛的研究和应用。但污泥焚烧过程中重金属元素会富集于一些亚微米颗粒中或者是以气态形式存在于烟气中，不易被除去，如何控制重金属污染仍然是限制污泥焚烧技术推广应用的难题。
　　 本文首先分析了广州市7种污泥（5种为城市污水污泥，1种为造纸工业污泥，1种为河涌底泥）的理化性质，发现污水污泥挥发分和灰分含量高，固定碳含量低且焚烧特征复杂；分析了污水污泥的重金属含量，污泥中主要重金属Cu、Pb、Ni、Mn、Cr、Zn和Cd；通过对KFQ污泥重金属形态分析发现，其污泥中重金属具有较高环境可迁移性；研究了KFQ污泥重金属的浸出特性，发现浸出时间对污泥中重金属浸出的影响较大，重金属的浸出量不仅与浸出液初始pH值有关，还与污泥本身的性质有较大的关系。
　　 其次选取一种污水污泥，采用管式炉焚烧试验研究了焚烧工况对重金属在底渣中固定率的影响，发现随着焚烧温度升高，Cu和Mn的固定率变化很小，Pb、Cd和Zn固定率降低，Ni固定率升高；随着焚烧时间的增加，Ni、Zn、Cd、Cu和Pb的固定率降低，Mn固定率升高，Cr的固定率基本上不变；重金属固定率总体上随着含水率的增加而减小；空气过剩率在1.1和1.5之间时，空气过剩率的变化对重金属固定率的影响较小。通过分析焚烧底渣中重金属的形态发现，焚烧温度越高，停留时间越长重金属残渣态含量越高；含水率的增高Cu、Cd、Cr、Zn、Mn残渣态含量呈升高趋势；随着过剩空气的增加Cu残渣态含量增加，Pb、Ni残渣态含量变化较小。
　　 用SEM-EDX（扫描电子显微镜-X射线能量衍射光谱仪）研究不同温度下重金属被固定的机理，发现随着温度的升高，原来细小的颗粒发生结块变成大颗粒，原来疏松的大颗粒孔隙消失，表面变得致密，通过XRD晶相分析表明随温度的升高污泥底渣发生烧结机制，烧结现象提高重金属的固定率。
　　 最后研究了四种添加剂对重金属固定率的影响，CaO和Al2O3的加入对重金属固定率提高的幅度为Pb>Mn>Cd>Cu>Cr>Ni>Zn；高岭土对重金属的固定率要高于Al2O3单体；粉煤灰的添加增加Pb、Cr和Cd的固定率，对Cu和Ni的固定率影响不大。