不同污泥焚烧残渣的重金属稳定性

不同污泥焚烧残渣的重金属稳定性
邹庐泉;徐广钊;吕瑞滨;洪瑞金
【摘要】本文对污泥焚烧残渣中重金属总量、形态分布及浸出毒性进行了试验研究,对比分析了厌氧消化污泥与未消化污泥焚烧残渣中Cd、Pb、Cr、Zn的浸出稳定行为,结果表明:厌氧消化污泥焚烧残渣中重金属CA、Pb、Cr、Zn的含量明显低于未消化污泥;污泥经焚烧处理后,重金属的存在形态总体上都是从不稳定态向稳定
态转移,这一趋势厌氧消化污泥更为明显;在重金属浸出方面,只有未消化污泥在600℃焚烧5 min、15 min的残渣中Cd的浸出浓度高于标准允许值1 mg/L,其余均低
于标准值.
【期刊名称】《安全与环境工程》
【年(卷),期】2011(018)003
【总页数】5页(P32-35,50)
【关键词】污泥;焚烧残渣;重金属;稳定性;厌氧消化
【作者】邹庐泉;徐广钊;吕瑞滨;洪瑞金
【作者单位】上海市城投环境投资有限公司,上海,200336;上海市环境科学研究院,
上海,200233;上海城投污水处理有限公司,上海,200942;上海市城投环境投资有限
公司,上海,200336
【正文语种】中文
【中图分类】X703
污泥是城市污水处理的副产品，由于污泥焚烧处理具有减容及无害化处理彻底等特点而得到广泛应用。

污泥中除了含有大量有机物外，还含有20%～30%的硅、铝、铁、钙等无机化合物，由于其焚烧后残渣的化学组成与建筑材料常用的原料组分接近，因此可以作为生产建筑材料的原料［1］。

然而，污泥中含有大量的Cd、Pb、Cr、Zn等重金属，主要以氧化物、氢氧化物、硅酸盐、不可溶盐或有机络合物的形式存在［2］，焚烧过程中一部分会随着飞灰扩散到大气中，而另一部分则被固定在残渣中［3］。

残留在污泥焚烧残渣中的重金属含量及浸出毒性，是污泥焚烧残渣资源化利用中必须予以重点关注的问题。

对此，笔者通过试验比较了厌氧消化污泥（LCX）与未消化污泥（LCW）在不同温
度条件下焚烧后残渣中的重金属总量、形态分布、浸出毒性3个方面的特性变化，探讨了厌氧消化对污泥焚烧后残渣中重金属特性的影响，以期为利用污泥焚烧残渣制备建筑材料提供基础数据支持。

1．1 试验材料
本试验选取厌氧消化污泥及未消化污泥作为研究对象。

采集回来的污泥样品置于－4℃冰箱中低温保存，待测样品置于105℃烘箱中干燥至质量恒定并制成烘干样。

为了保证样品性质均匀，将污泥烘干样在瓷质研钵中研磨，过0．5 mm筛置于密封袋中储存备用。

两种污泥样品的工业分析、元素分析和重金属含量分析结果见表1、表2、表3。

1．2 试验方法
1．2．1 重金属总量测定
称取0．2～0．5 g样品置于聚四氟乙烯坩埚中，加硝酸3 m L、高氯酸0．5 m L，加热至大量白烟冒出，样品呈糊状时，取下冷却；加氢氟酸5 m L、高氯酸0．5 m L，置于200～225℃沙浴上加热至停止冒白烟时，取下冷却；加3 mol／L盐酸溶液10 m L，继续加热至残渣溶解，取下冷却，加2%硼酸溶液2 m L；用
去离子水定量转入50 m L容量瓶中，定容、混匀；利用ICP-AES进行测定。

1．2．2 重金属形态分析
重金属形态分析采用BCR形态提取法（表4）。

1．2．3 毒性浸出试验方法
污泥中重金属浸出毒性的测定采用美国EPA的TCLP法。

其方法是：将破碎成小
于0．5 mm的污泥样品与确定使用的浸出介质以1∶20的投加量放入 TCLP瓶中，置于 TCLP液制备仪内，以30 r／min的速度翻转18 h，用0．6～0．8μm硼硅酸盐玻纤滤纸过滤后，滤液放置于4℃的冰箱中待测。

2．1 两种污泥焚烧残渣中重金属的含量变化
污泥焚烧残渣中重金属的含量主要受两方面影响：一方面水分的析出和挥发分的燃烬可提高残渣中重金属的含量；另一方面重金属在高温下的挥发能降低其含量，最终残渣中重金属的含量取决于这两方面的竞争［4］。

表5为两种污泥焚烧残渣中重金属的含量。

由表5可以看出：残渣中Pb、Cd的
含量随着焚烧温度的提高而急剧减少，这是因为两者在污泥中主要以氯化物和氧化物形态存在，800～1 000℃时就达到其沸点而大量挥发［5］；Cr、Zn在焚烧残
渣中却都有不同程度的富集；比较 LCX与 LCW 两种污泥发现，LCX不论是原泥
还是焚烧残渣中重金属含量都明显少于LCW，说明厌氧消化能减少重金属的含量。

2．2 两种污泥焚烧残渣中重金属的形态分布
图1为 LCX和 LCW 在600～1 000℃温度下焚烧5 min、15 min、30 min、60 min的残渣中 Cd、Pb、Cr、Zn的形态分析结果。

由图1可以看出：随着温度的升高，LCX中Cd、Cr的碳酸盐结合态、还原态、氧化态3种形态含量都明显减少，只有残渣态
含量明显上升，虽然LCW 也是此趋势，但不及LCX明显，可见经过厌氧消化后，Cd、Cr更易向残渣态转移，有利于Cd、Cr的稳定；同一温度下，随着焚烧时间
的延长，Pb的残渣态含量有下降的趋势，所以对于Pb，短时间焚烧更有利于其
稳定，这与Pb及其PbO等无机化合物在高温下长时间焚烧发生挥发有关；LCX
的Zn的残渣态含量高于LCW，900℃之前 LCX 中的 Zn 比 LCW 中的 Zn 更稳定，而1 000℃时，由于LCX中Zn及化合物的稳定结构被破坏，出现分解挥发，而其在LCW 中结构更加稳定，所以在1 000℃时没有出现明显的变化。

2．3 两种污泥焚烧残渣中重金属的浸出毒性
图2是对 LCW 和LCX 两种污泥在600～1000℃温度下焚烧5 min、15 min、
30 min、60 min
后的残渣进行毒性浸出试验得到的 Cd、Pb、Cr、Zn在浸出液中的浓度。

由图2
可见：LCW在600℃焚烧5 min、15 min的残渣中Cd的浸出浓度高于标准允许值1 mg／L，而LCX不论是原泥还是残渣中Cd的浸出都显著低于该标准；残渣
中Pb、Cr的存在形态都比较稳定［6］，因此浸出浓度都低于国家标准最高允许
值5 mg／L；随着温度的升高，两种污泥残渣中Zn的浸出浓度不断下降，且
LCX残渣中Zn的浸出浓度始终低于LCW 残渣中Zn的浸出浓度。

（1）LCX焚烧残渣中重金属Cd、Pb、Cr、Zn的含量普遍低于LCW；焚烧能促
使残渣中重金属由不稳定态转向稳定态，该趋势在LCX中表现得更为明显，说明
厌氧消化有利于焚烧残渣中重金属的稳定。

（2）两种污泥焚烧残渣中重金属Cd、Pb、Cr、Zn 在TCLP毒性浸出试验中的浸出浓度都低于国家标准（GB5085．3-1996）。

焚烧温度和时间对焚烧残渣中重
金属浸出毒性有一定影响［7］，厌氧消化前后，焚烧残渣中重金属的浸出特性也产生一定变化，表现为LCX残渣重金属浸出毒性普遍低于LCW。

（3）污泥焚烧残渣中重金属的总量、形态分布及浸出毒性不仅与焚烧温度和时间有关，厌氧消化过程也对其有一定的影响［8］，LCX焚烧残渣中重金属更加稳定，
更适于作为建筑材料的原料。

【相关文献】
［1］黄晓庆，黄少斌．污泥特性与建筑材料资源化利用［J］．粉煤灰，2006，（1）：45－48．［2］Fytianos，K．，E．Charantoni，E．Voudrias．Leaching of heavy metals from municipal sewage sludge［J］．Environment International，1998，24（4）：467－475．［3］Lopes，M．H．，P．Abelha，N．Lapa，et al．The behaviour of ashes and heavy metals during the co-combustion of sewage sludge in a fluidised bed［J］．Waste Management，2003，23（9）：859－870．
［4］沈伯雄，郭彩霞．焚烧污泥重金属迁移的研究进展［J］．电站系统工程，2008，24（1）：15－16．
［5］Kistler，R．C．，F．Widmer，P．H．Brunner．Behavior of chromium，nickel，copper，zinc，cadmium，mercury and lead during the pyrolysis of sewage sludge ［J］．Environ．Sci．Technol．，1987，21（7）：704－708．
［6］安淼，周琪，李永秋．城市污泥中重金属的形态分布和处理方法的研究［J］．农业环境科学学报，2003，22（2）：199－202．
［7］刘淑静，李爱民，袁维波．温度对污泥焚烧残渣中重金属形态分布及残渣综合毒性的影响［J］．安全与环境学报，2008，8（2）：43－47．
［8］沈晓南，谢经良，阚薇莉．厌氧消化后污泥中的重金属形态分布［J］．中国给水排水，2002，18（11）：51－52．。