污泥焚烧过程中重金属的迁移研究现状

侯 波，王 海，湛晨宇，唐 勋，马 跃，岳长涛

（1.国能龙源环保有限公司，北京 100039；2.国能浙江电力有限公司，浙江 杭州 310051；3.中国石油大学（北京），北京 102249）

0 引言

污水处理过程中会产生大量的污泥，处理产生的污泥一直受到较多的关注。活性污泥法是目前最常用的处理方法，这种方法会产生大量高含水率的污泥，高含水率的污泥不易贮存运输并且存在很高的环境安全风险隐患，污泥处理工作迫在眉睫。卫生填埋法是国内最常用的方法，焚烧法、卫生填埋法、堆肥法等是国外最常用的方法，其中焚烧法最具发展前景。焚烧法可以利用丰富的生物能发热，把污泥中存在的病菌彻底杀灭，氧化分解有毒有害的有机物，而且污泥经过焚烧后使重金属固定在残渣中，残渣可以作为生产水泥的原料，从而避免重金属重新进入环境，达到污泥处理处置的减量化、资源化、无害化，图1 为污泥焚烧炉。

图1 污泥焚烧炉（图片来源：网络）

1 研究现状

夏凤毅等[1]研究了添加氧化钙或橡胶粉末的制革污泥焚烧过程中重金属的迁移变化，氧化钙和橡胶粉末均可在一定程度上抑制重金属的挥发，当添加3%氧化钙时抑制效果最佳，锌的挥发率降低了5.23%，铅的挥发率降低了0.90%、铜的挥发率降低了5.59%、铬的挥发率降低了4.43%；当添加10%橡胶粉末时，锌、铜的挥发率分别降低了9.49%、15.00%，铅的挥发率仅仅降低了2.01%。

武宏香等[2]探究了污泥与木屑、煤燃烧过程中的重金属的排放特性，得到了污泥、木屑、煤中的重金属在燃烧过程中有不同程度的挥发结果，污泥中重金属的含量高于煤和污泥。设置污泥的燃烧温度为1000℃时，铜、铅、锌的挥发率较高分别为78.28%、63.46%、57.53%，铬、铜、镍的挥发率较低分别为38.56%、35.48%、25.91%，砷的挥发率受温度影响不大，而污泥与煤混合燃烧的时候，重金属的含量随着煤的含量的增加反而降低，其中不包含铅、锌元素，污泥与木屑混合燃烧时，重金属含量与污泥情况相近。

魏培涛[3]研究了印染污泥与木屑混合燃烧的特性及重金属的排放特性，从焚烧温度、停留时间、污泥含水率等方面进行实验，从结果来看，Cd 和Pb 易于挥发，残留率较低，Ni 和Cr 属于难挥发的，具有较高的残留率，污泥在燃烧时候的重金属的迁移特性不仅与自身的挥发性有关，还与重金属在污泥中的存在形态及重金属的化合态沸点等有关。玻璃粉添加剂和氧化钙添加剂都可以抑制印染污泥在焚烧过程中的重金属迁移，但是氧化钙添加剂的抑制效果要优于玻璃粉添加剂，印染污泥焚烧时重金属Cd、Pb、Cr、Ni 在残渣中的残留率，氧化性气氛高于还原性气氛。

刘淑静等[4]分析了温度对污泥焚烧残渣中重金属形态分布和综合毒性的影响，设计在500℃、700℃、900℃的温度下进行操作，让污泥在固定床焚烧炉中停留20 分钟，研究焚烧后的残渣中的重金属（Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd）的残留特性和形态分布的规律。焚烧后的残渣中的重金属的稳定态的分布比例都比焚烧前的高，其中铜的残留率最高，高于80%，而镉的残留率最低，在900℃时也只有3.4%。

张幸福[5]探究了污泥焚烧过程中铬等重金属的迁移转化特性，污泥焚烧过程中，随着温度的升高，Cr 的挥发率变高，残渣中Cr（Ⅵ）的质量百分比变大。Zn、Pb、Cd 为易挥发性金属，会随飞灰排放到空气中，As 为半挥发性金属，Ni 为难挥发性金属，几乎都会留在残渣中，温度升高使得重金属的挥发率升高。随着停留时间的增加，Cr 的挥发率变高，残渣中Cr（Ⅵ）的质量百分比变大，As 的挥发率先减小后增大，Cd 的挥发率逐渐增大，Ni 的挥发率逐渐变高，Pb 的挥发率先降低后升高，Zn 的挥发率先增大后减小，停留时间较长时，挥发率会趋于稳定。CaCl2、CaO、Al2O3、SiO2作为固体添加剂可以起到固化金属的作用，CaO 是作为吸附剂抑制重金属的挥发，Al2O3、SiO2可以与重金属结合生成硅铝酸盐，来抑制重金属的挥发，而NH4Cl、（NH4）2SO4、（NH4）3PO4作为固体添加剂时，会促进重金属向飞灰中迁移。

蔡海明[6]通过印染污泥与茶叶渣协同热处置特性及重金属迁移转化行为研究，发现随着茶叶渣掺烧比的增加，印染污泥掺烧残渣中Cu 的残留率增加，Zn、Ni、Cr 的残留率先升高后降低，掺烧茶叶渣抑制As 的挥发促进Cd 的挥发。随着温度的升高，Cu、Zn、Mn、As 的存在形式没有变化，而Ni、Cr 的稳定性稍有降低，对Cd、Pb 的残留率有较大影响。

WANG 等[7]探究了废活性污泥与褐煤在管式炉的燃烧过程中Cd、Ni、Pb、Cr、Zn 的迁移转化规律，废活性污泥与褐煤共燃，燃烧30min 后Cd、Pb、Zn 的挥发率均高于30%，它们的顺序是Cd>Pb>Zn，相比之下，Cr 和Ni 的挥发率低于15%。高温导致部分重金属的挥发性增加，尤其是Zn 和Ni，但是Ni 的挥发率仍然很低。O2浓度高也会导致部分重金属的挥发性增加，但是Cr 和Ni 随着O2浓度的增加挥发性有小幅增加甚至减少。

Zain AliSaleh Bairq 等[8]研究了停留时间、温度、氯化剂对污泥中重金属去除效率的影响，得到了适宜的温度在一定程度上可以提高重金属的去除效率、增加停留时间可以明显地提高重金属的去除效率的结果，这在Pb 的情况下很明显，不添加任何氯化剂的情况下，在800℃停留120min 后，去除率为96.0%，氯化剂对重金属的去除有明显的影响，其中对Pb、Zn、Cu 尤为明显，去除效率分别能够达到84.9%、73.5%和81.6%。

GUO Feihong 等[9]研究了景天植物与污泥在流化床上掺烧的重金属形态分析，发现飞灰中Cd 的稳定性随温度的升高而减弱，对于Zn 和Pb，主要在残渣中，它们在共燃后更稳定，随着温度的升高Pb、Zn 和Cd 的浸出率都有不同程度的增加，而飞灰中几乎所有的浸出率都低于残渣，除了Cd 在900℃和1000℃时，表明掺烧可以减弱重金属的浸出风险。

FU Biao 等[10]通过工业煤浆与污水污泥共燃的实验，研究了重金属的热化学与排放行为。与工业煤浆相比，污水污泥中Cu、Pb、As 和Zn 的挥发率升高，这可能与污水污泥中Cl 的浓度较高有关，而在污水污泥中加入工业煤浆后燃烧，As 的挥发率降低，在共燃过程中As 的挥发受到抑制，这可能与工业煤浆热分解新形成的Ca/Al 捕获As 蒸气有关。

2 结语

目前已经有很多关于污泥焚烧重金属迁移的研究，但是关于它的研究还不够彻底全面，还有待深入研究，比如：有的实验仅考虑到外部条件的影响，没有考虑重金属之间可能互相影响；有的只进行了实验研究，没有对污泥重金属的迁移进行模拟计算；开发实用的焚烧装置，真正实现污泥的减量化、无害化、资源化利用。