1、材料與方法
1.1 污泥
污泥來自安徽省蕪湖市無為縣污水處理廠市政污泥，含水率98%左右，經調理改性板框壓濾機脫水后含水率降至60%左右。
1.2 處理工藝
脫水污泥采用“混合式干化技術+污泥炭化技術+煙氣處理技術”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，爐內溫度120~200℃，停留時間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 測定指標與方法
將脫水、干化和炭化污泥在自然條件下進行風干，再放進烘箱在80℃條件下烘干至恒重，分別研磨過18、100目尼龍篩，密封保存用于測定理化性質，本次測定的指標主要包括有機質、全氮、全磷、全鉀等營養(yǎng)物質以及重金屬含量及其賦存形態(tài)。
1.4 數據分析
數據處理和統(tǒng)計分析采用EXCEL2010和ORINGIN。
2、結果與分析
2.1 污泥炭化產物的營養(yǎng)成分
污泥炭化產物的有機質含量為252.37g/kg，總養(yǎng)分[總氮(以N計)+總磷(以P2O5計)+總鉀(以K2O計)]含量為131.61g/kg，符合《農用污泥中污染物控制標準》(GB4284—2018)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》(GB/T24600—2009)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》(GB/T23486—2009)的要求。
污泥炭化過程中有機質、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。溫度越高對營養(yǎng)成分的影響越大。污泥的營養(yǎng)成分如表1所示。
2.2 污泥炭化產物的重金屬全量
污泥在炭化過程中6種重金屬均不同程度地增加。在本實驗中，重金屬含量增幅大小為Cr>Zn>>Pb>>Cu。低沸點金屬元素如As、Cd在炭化過程中易于揮發(fā)，而高沸點重金屬如Pb、Cu、Zn、Cr則固持在炭化產物中并產生富集。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因炭化含量提高而超過相應的標準。本實驗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》(GB/T23486—2009)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》(GB/T24600—2009)和《農用污泥中污染物控制標準》(GB4284—2018)標準要求。
2.3 污泥炭化產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主要以殘渣態(tài)和可氧化態(tài)形式存在，即化學性質穩(wěn)定，其中As穩(wěn)定態(tài)所占比例高達90.4%。而Zn、Cd則主要以酸可溶態(tài)和可還原態(tài)形式存在，化學性質不穩(wěn)定。從圖2可知，炭化污泥中鉻、鉛和砷以殘渣態(tài)為主，鎘和鋅的形態(tài)賦存含量為殘渣態(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)和殘渣態(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)和殘渣態(tài)轉化，降低重金屬的浸出性和生物有效性，降低環(huán)境風險。
3、討論
3.1 污泥炭化產物的營養(yǎng)成分分析
炭化污泥中有機質和全氮含量減少，而總磷和總鉀升高，主要原因可能是溫度升高有機碳不斷分解，從而有機質含量降低;總氮一方面可能是污泥固體剩余物質量不斷降低，另一方面是炭化過程中伴隨著脫氮反應導致氮損失量較大。而磷元素非常穩(wěn)定，難以脫除，隨著熱解炭化反應的進行，固體剩余物質量逐漸減少，則固體中磷被濃縮，質量分數逐漸增大。
3.2 污泥炭化產物的重金屬分析
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)和殘渣態(tài)轉化。
4、結語
(1)炭化污泥中有機質、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，其中有機質和全氮含量比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%。總體而言，炭化污泥中的有機質和總養(yǎng)分均符合相關標準。
(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，但含量均符合相關標準的要求，并且炭化污泥中鉻、鉛和砷以殘渣態(tài)為主，鎘和鋅的形態(tài)賦存含量為殘渣態(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)和殘渣態(tài)存在，顯著降低了重金屬的生物有效性，降低環(huán)境風險。( >
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