摘要:研究城市污泥焚烧过程中高岭土、分子筛、氧化钙添加物对铅分布及其对残渣中铅渗滤特性的影响。结果表明,添加物的加入使更多的铅被固留在残渣;渗滤液中铅的浓度随着pH减小而增加,随pH增大而减少,但在pH>12时,3种渗滤液中铅的浓度都略呈增加的趋势;3种添加物都对铅污染有一定的控制作用,但高岭土效果最好。
关键词:铅;控制技术;污泥焚烧
目前,我国每年排放干污泥约为5.00×108 t,且随着污水处理设施的普及、处理量的提高和处理程度的深化,污泥的产生量必将有较大增长,如何合理处置污泥,解决如此大量污泥的出路己成为非常紧迫的任务[1]。焚烧技术由于可以有效降低污泥的体积,回收能源,将会成为我国污泥资源化和减容处理技术的重要研究和发展方向。但是,处理过程中含有的铅、铬、汞和镉等重金属对环境构成极大的潜在威胁。近年来,发达国家非常关注废物焚烧过程中的重金属污染与控制[2-6],其目的是为了避免焚烧带来的二次污染。笔者对苏州城东污水厂污泥进行焚烧实验,探讨对重金属铅分布的影响,以便合理处理重金属铅污染寻找可行的控制技术。
1 实验条件与方法
1.1 实验装置
污泥焚烧试验是在内径为Φ70 mm的小型石英管式炉进行,图1为石英管式炉简图。空气由风机经过稳压箱、流量计后进入管床。加热炉可以准确控制炉温,进样量少,可以连接附属装置等,在此装置中可同时进行其他实验研究。主要研究污泥焚烧过程中添加物对重金属铅分布的影响。
图1 石英管式炉简图
1.2 污泥样品处理及检测
本次实验所用污泥来自苏州城东污水厂。苏州城东污水处理厂主要处理来自苏州市古城区的生活污水。称取定量的污泥样品,再分别加入污泥样品的5%(质量分数)氧化钙、分子筛及高岭土,搅拌均匀配制成样品,放置24 h,在设定的焚烧工况下进行实验,以便探讨添加物对重金属铅的控制效果,3种添加物的理化性质见表1。实验中污泥原样、灰渣通过混酸进行消解,前处理具体方法见文献[7]。最后,将备测溶液用原子吸收分光光度计测量,得到各种工况中重金属的含量。
实验中,测出焚烧前污泥中的重金属的质量,然后与残渣中重金属质量,通过式(1)求出不同条件下重金属铅最大挥发量[7]。
表1 分子筛、高岭土、氧化钙的理化性质
2 结果与讨论
2.1 焚烧温度对灰渣中重金属铅含量的影响
图2为污泥在4种不同焚烧工况下灰渣中重金属铅的含量与焚烧温度的关系。由图2可以发现,灰渣中的重金属铅含量随着温度变化表现相似的变化趋势,都是先随焚烧温度升高而较迅速地增大,200~400 ℃时,在灰渣中重金属铅含量出现一向下的凹点,温度在400~600 ℃,其出现较迅速的增加趋势,当焚烧温度在600~800 ℃时,灰渣中的铅的含量又表现为一个平缓下降,而当温度800~1 000 ℃时,却表现出迅速的下降特点,这些可以说明在此温度段污泥中的铅化合物出现了又一迅速分解释放的特性。比较它们又可知道,添加高岭土时,灰渣中重金属含量的最大,次之为添加分子筛,再则是氧化钙,污泥原样焚烧为最小。表明这3种添加物都对重金属铅都有一定吸附控制作用,但效果不一。比较曲线也可发现添加氧化钙的污泥焚烧温度在小于600 ℃时,其灰渣中重金属含量曲线特点是往添加分子筛曲线靠拢的,而当温度大于600 ℃后,却往污泥原样曲线靠拢的,这可能与氧化钙在较高温度下的结构已遭到破坏有关,需要进行探讨其结构。
图2 焚烧温度与灰渣中铅质量浓度的关系
2.2 焚烧时间对灰渣中重金属铅含量的影响
图3为在温度800 ℃时,4种焚烧工况下灰渣中重金属铅的含量与焚烧时间的关系。由图可以发现灰渣中的重金属铅含量在焚烧时间0.5 h后就出现了一个平台,达到稳定状态。比较曲线可能发现添加氧化钙与污泥原样焚烧情况相似,添加氧化钙对灰渣中重金属铅含量没有什么影响,控制作用不大。添加高岭土对控制重金属铅有最好的作用,添加分子筛效果也不错,所以在对重金属铅控制处理应充分注意这一特点。
2.3 添加物对重金属铅挥发性的影响
图4为4种污泥焚烧温度与灰渣中重金属铅的最大挥发量之间的关系。由图可以看出,加入添加物都能降低其最大挥发量,它们对重金属铅有着强的吸附能力,使重金属铅更难于挥发出,保留在灰渣中。重金属铅在污泥中,有些以硫化物方式存在、有些以有机物存在,有的以氯化物存在,有的以硝酸盐存在,存在方式多种多样。有些较难气化,有些易挥发,且在焚烧过程中被高温气化也能结合更多复杂的形式。当焚烧时由于添加物的物化
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2021-07-27
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