1、材料與方法
1.1 污泥
污泥來自安徽省蕪湖市無(wú)為縣污水處理廠市政污泥，含水率98%左右，經(jīng)調(diào)理改性板框壓濾機(jī)脫水后含水率降至60%左右。
1.2 處理工藝
脫水污泥采用“混合式干化技術(shù)+污泥炭化技術(shù)+煙氣處理技術(shù)”集成工藝處理，處理量為50t/d。首先將含水率為60%的脫水污泥送至混合式干化爐內(nèi)，爐內(nèi)溫度120~200℃，停留時(shí)間30~40min，干化后含水率約30%;然后將干化污泥通過輸送螺旋機(jī)送至外熱式炭化爐，熱解炭化爐溫度控制在450~650℃左右，缺氧條件下炭化40min左右，炭化后含水率約5%。
1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法
將脫水、干化和炭化污泥在自然條件下進(jìn)行風(fēng)干，再放進(jìn)烘箱在80℃條件下烘干至恒重，分別研磨過18、100目尼龍篩，密封保存用于測(cè)定理化性質(zhì)，本次測(cè)定的指標(biāo)主要包括有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及重金屬含量及其賦存形態(tài)。
1.4 數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析采用EXCEL2010和ORINGIN。
2、結(jié)果與分析
2.1 污泥炭化產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)成分
污泥炭化產(chǎn)物的有機(jī)質(zhì)含量為252.37g/kg，總養(yǎng)分[總氮(以N計(jì))+總磷(以P2O5計(jì))+總鉀(以K2O計(jì))]含量為131.61g/kg，符合《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284—2018)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》(GB/T24600—2009)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T23486—2009)的要求。
污泥炭化過程中有機(jī)質(zhì)、全氮含量均隨處理溫度的增加而降低，全磷和全鉀含量隨溫度的增加而增加。溫度越高對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的影響越大。污泥的營(yíng)養(yǎng)成分如表1所示。
2.2 污泥炭化產(chǎn)物的重金屬全量
污泥在炭化過程中6種重金屬均不同程度地增加。在本實(shí)驗(yàn)中，重金屬含量增幅大小為Cr>Zn>>Pb>>Cu。低沸點(diǎn)金屬元素如As、Cd在炭化過程中易于揮發(fā)，而高沸點(diǎn)重金屬如Pb、Cu、Zn、Cr則固持在炭化產(chǎn)物中并產(chǎn)生富集。污泥中重金屬含量與形態(tài)如表2所示。
污泥炭化若資源化利用，則需考察原污泥的重金屬含量水平是否會(huì)因炭化含量提高而超過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)中炭化污泥重金屬含量符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T23486—2009)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》(GB/T24600—2009)和《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284—2018)標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.3 污泥炭化產(chǎn)物的重金屬賦存形態(tài)
脫水污泥和炭化污泥中As、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd各形態(tài)分布如圖1、2所示。從圖1中可以看出，脫水污泥中As、Cu、Pb、Cr主要以殘?jiān)鼞B(tài)和可氧化態(tài)形式存在，即化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其中As穩(wěn)定態(tài)所占比例高達(dá)90.4%。而Zn、Cd則主要以酸可溶態(tài)和可還原態(tài)形式存在，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。從圖2可知，炭化污泥中鉻、鉛和砷以殘?jiān)鼞B(tài)為主，鎘和鋅的形態(tài)賦存含量為殘?jiān)鼞B(tài)>可氧化態(tài)>可還原態(tài)>酸可溶態(tài)，銅主要以可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在。由此可得污泥炭化可使重金屬形態(tài)從較活躍的酸可溶態(tài)和可還原態(tài)向較穩(wěn)定的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，降低重金屬的浸出性和生物有效性，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
3、討論
3.1 污泥炭化產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)成分分析
炭化污泥中有機(jī)質(zhì)和全氮含量減少，而總磷和總鉀升高，主要原因可能是溫度升高有機(jī)碳不斷分解，從而有機(jī)質(zhì)含量降低;總氮一方面可能是污泥固體剩余物質(zhì)量不斷降低，另一方面是炭化過程中伴隨著脫氮反應(yīng)導(dǎo)致氮損失量較大。而磷元素非常穩(wěn)定，難以脫除，隨著熱解炭化反應(yīng)的進(jìn)行，固體剩余物質(zhì)量逐漸減少，則固體中磷被濃縮，質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大。
3.2 污泥炭化產(chǎn)物的重金屬分析
炭化污泥重金屬均不同程度地增加，但污泥炭化過程可使重金屬形態(tài)從較活躍的酸可溶態(tài)和可還原態(tài)向較穩(wěn)定的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化。
4、結(jié)語(yǔ)
(1)炭化污泥中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為252.37g/kg、2.84g/kg、42.98g/kg和25.08g/kg，其中有機(jī)質(zhì)和全氮含量比60%脫水污泥分別降低了28.3%、90.73%;全磷和全鉀上升了52.3%和47.96%?？傮w而言，炭化污泥中的有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)炭化污泥中重金屬含量均不同程度的增加，增幅大小為Zn>Cr>Cd>Pb>As>Cu，但含量均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且炭化污泥中鉻、鉛和砷以殘?jiān)鼞B(tài)為主，鎘和鋅的形態(tài)賦存含量為殘?jiān)鼞B(tài)>可氧化態(tài)>可還原態(tài)>酸可溶態(tài)，銅主要以可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在，顯著降低了重金屬的生物有效性，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。( >
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