湿化学法回收污泥水热炭中磷的潜能研究

以富含磷的污泥水热炭为研究对象,用SMT法分析磷的形态分布,以盐酸和柠檬酸为浸提剂,探究湿化学法回收磷的潜能。结果表明,污泥经水热碳化后,总磷含量上升,有机磷朝着无机磷转化,非磷灰石无机磷朝着磷灰石无机磷转化,水热炭中磷形态以无机磷和非磷灰石磷为主。适宜酸浸条件下（盐酸浓度0.3 mol/L、液固比50 ml/g、酸浸时间240 min,柠檬酸浓度0.1 mol/L、液固比50 ml/g、酸浸时间600 min）,盐酸和柠檬酸对磷的浸出效率分别可达94.34%、88.78%,准二级动力学模型能较好地拟合磷的浸出过程;同时,金属浸出能力随酸浸时间延长而逐渐上升,与磷浸出能力呈线性相关,由大到小依次为Fe>Ca>Al>Mg;重金属浸出能力由大到小依次为Zn>Mn>Cr>Cu>Pb;酸浸残渣有望成为性能良好的吸附材料。     

污泥与高硫煤共水热碳化过程中硫氮形态转化规律

采用高温高压反应釜进行了污泥(SS)和高硫煤(CS)的共水热碳化实验。分别考察了混合比和温度对水热炭中硫氮元素形态转化规律的影响。研究结果表明,经过水热处理后,SS中蛋白质氮(N-A)转化为杂环类氮,CS中吡咯氮(N-5)和吡啶氮氧化物(N-X)转化为吡啶氮(N-6)和季氮(N-Q);SS与CS中硫元素逐渐转化为噻吩硫和硫酸盐。随着CS混合比例和温度的升高,水热炭中含氮芳族杂环(例如N-6、N-5和N-Q)占比增加。另外,随着CS混合比例和温度升高,水热炭中噻吩硫含量分别逐渐增加至22.61%和24.98%;升高温度提高了水热炭中硫酸盐含量,而增加CS混合比例却降低了硫酸盐含量。本研究可为后续SS和CS的资源化清洁利用提供理论基础。     

污水污泥水热炭化过程中磷的迁移转化特性

利用SMT方法研究了污水污泥水热炭化固体产物中磷的赋存形态和分布。结果表明,水热炭化处理可以使污泥中的有机磷（OP）转化为无机磷（IP）。在实验条件范围内,污泥中的磷主要富集在水热焦中（R_TP＞70%）,且主要以无机磷（IP）形态存在。延长水热炭化时间或升高水热炭化温度,污泥中无机磷（IP）和非磷灰石无机磷（NAIP）均呈逐渐升高的趋势,而且水热炭化温度的影响程度显著大于水热炭化时间。水热炭化时间对磷灰石无机磷（AP）的影响不明显,但AP含量随水热炭化温度的升高而略微升高。结合XRD谱图分析发现,105℃烘干污泥中主要存在磷酸铝盐和磷酸铁盐两种含磷化合物;水热炭化处理促使焦磷酸盐转化为正磷酸盐,且磷在水热焦中基本以最稳定的正磷酸盐形式存在。该研究结果可为污泥的资源化利用及从污泥中回收磷资源提供理论参考。     

贵州某市城市污泥中磷含量和形态分布

为给贵州某市城市污泥资源化利用提供一定借鉴,运用SMT法对该市16个污水处理厂脱水污泥样品中磷形态进行分析。结果表明:该市污泥中磷赋存形态以无机磷的形式为主,占总磷含量的65.4%,有机磷在污泥中所占比例较低;无机磷主要为非磷灰石态,占无机磷总量的50.6%以上,表明该市污泥具有较高的生物可利用性;污泥中总磷与不同形态磷、总有机碳均呈显著相关,说明通过总磷可以预测污泥中的生物可利用性磷含量,有机质对污泥中有机磷的吸附有重要影响。     

钙基添加剂对污水污泥在水热炭化过程中磷形态及生物有效性的影响

在污泥的热处置过程中,添加剂的存在会改变污泥中的磷形态从而对后续磷的回收利用产生重大影响。本文综合利用化学连续提取（SMT方法）、SEM-EDS、XRD和ICP-MS等分析测试方法,系统研究了CaCl₂在水热炭化过程中对污泥中磷形态及其生物有效性的影响。研究结果表明,水热炭化可以使污泥中有机磷（OP）向无机磷（IP）转化,同时促进污泥中非磷灰石无机磷（NAIP）向磷灰石无机磷（AP）的转化,CaCl₂的适量添加可以促进上述转化过程。经过水热炭化处理后,污泥水热炭中IP和AP的浓度分别提升了35.6%和63.4%,当添加质量分数为20%的CaCl₂时,污泥水热炭中IP和AP的浓度同时达到最大值,分别为79.62mg/g和75.61mg/g。此时污泥水热炭中可溶性磷在2%CA溶液中的溶解度也达到最大的57.02mg/g,在此条件下,污泥水热炭中磷的生物有效性也达到最高。     

水泥固化制革污泥中Cr的浸出行为及形态分析

采用水泥固化/稳定化技术处理制革污泥,对固化后Cr(Ⅵ)的累积浸出浓度效果进行研究,结合X射线衍射和改进的BCR连续浸提法分析了制革污泥水泥固化前后矿物组分的变化与不同形态的Cr在水泥固化体中的含量.结果表明当水泥浆的水灰比为0.8时水泥固化体中水化反应较完全,固化能力较好.制革污泥经过水泥固化之后Cr(Ⅵ)一部分被固化在CaCrO4中,制革污泥在经过不同掺量的水泥固化后水溶态和弱酸提取态的Cr都有了不同的降低.但是,随着水泥固化体龄期的增加,Cr逐渐向迁移能力较强的水溶态和弱酸提取态转变.     

剩余污泥中重金属形态分布及浸出特征研究

剩余污泥具有改良土壤结构、增加土壤肥力、促进农作物生长等优点,由于含有有害的重金属等,妨碍其农用。通过对剩余污泥中重金属形态分布及浸出特征研究,结果显示,剩余污泥中Cu、Zn、Ni、Cr及Pb交换态含量都比较少,Cu、Zn、Ni主要以碳酸盐结合态、铁锰氧结合态和硫化物及有机结合态存在,Cr、Cd和Pb主要以残渣态存在;在酸性条件下,交换态、碳酸盐结合态溶出量大,并且溶出量都随浸出时间的延长而增加。     

含铬污泥水热减量及铬溶出试验研究

采用水热碳化研究了含铬污泥减量最佳水热条件、添加催化剂对铬泥水热减量率的影响及铬泥经水热处理后铬溶出至水热液的效果。结果表明:不添加催化剂,水热使含铬污泥达到减量效果的最佳条件为水热时间4 h,温度240℃,此时总减量率R_(TS)和干基减量率R_(DS)均可达30%以上; 0. 5 mL 98%硫酸加入反应体系能最大程度提升减量率,使第一批铬泥样品R_(TS)和R_(DS)达35. 20%和40. 72%,第二批铬泥样品R_(TS)和R_(DS)达37. 42%和30. 33%;添加0. 5 mL 98%硫酸时,铬溶出率最高,达1. 83%,溶出效果不显著。     

铜污泥中重金属形态分布及浸出毒性分析

结合目前有色冶金工业上普遍采用的石灰铁盐法工艺特点,首次采用改进的BCR连续提取法与毒性浸出实验相结合的方法对铜污泥（中和渣与铁砷渣污泥）的重金属形态分布与浸出毒性进行了系统的研究。结果表明：采用改进的BCR方法对铜冶炼污泥重金属元素形态进行提取,形态提取具有较高的回收率;As、Zn、Pb与Cd为中和渣与铁砷渣污泥中主要的重金属元素（质量含量As＞Zn＞Pb＞Cd）,其中中和渣含As高达58 566 mg/kg（折合5.85%）,铁砷渣含As为12 582 mg/kg（折合1.26%）;两种重金属形态分布差异主要体现在As的形态分布上,铁砷渣污泥中重金属稳定性较好,特别是砷的稳定性较中和渣高;中和渣污泥中,As主要以弱酸态形式存在（占68.01%）,Zn、Pb与Cd主要以残渣态存在;铁砷渣污泥中,As、Zn、Pb与Cd主要以残渣态存在,其中残渣态As占59.21%;浸出毒性结果显示两种污泥中砷的浸出毒性都远远超过国标GB 5085.3-2007规定值,因此铜冶炼厂污泥属于含高砷危险废弃物,而以弱酸态As为主的中和渣污泥浸出毒性较高,而主要以残渣态As存在的铁砷渣污泥浸出毒性较低。     

城市污泥与稻壳水热炭混合燃烧特性与动力学

采用热重分析法研究城市污泥、稻壳水热炭及两者不同掺混比的燃烧特性与反应动力学。对比分析其在不同升温速率下从室温升至1000℃的燃烧特性,用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)法计算其燃烧过程中的反应动力学参数。结果表明,稻壳水热炭的挥发性、着火和燃尽指数均高于城市污泥,具有较好的燃烧特性,掺混稻壳水热炭使城市污泥混合燃烧时发生热滞后现象。随着稻壳水热炭掺混比的增加,共混物的燃烧残余质量减少,着火性能变差,燃烧性能变强。活化能的相关系数均高于0.95,稻壳水热炭掺混高于50wt%时,共混物的平均活化能低于稻壳水热炭单独燃烧的平均活化能,掺混70wt%稻壳水热炭时出现最低平均活化能,为85.48 kJ/mol。城市污泥与稻壳水热炭混燃时有协同交互作用,且掺混50wt%稻壳水热炭时效果最佳。     

污泥水热处理过程中氮元素的迁移转化

采用高温高压反应釜在不同温度下进行了污泥水热实验。主要考察污泥中氮元素在水热过程中的迁移转化以及水热温度的影响,并对水热过程中氮元素的迁移路径进行了系统分析。结果表明,氮元素主要分布在固相和液相产物中,并随着水热温度的升高,分布在液相产物中的氮元素逐渐增加。在水热过程中,污泥中的无机氮形态几乎全部转换为氨氮和硝酸盐氮形态;不稳定性蛋白质氮分解为有机氮和氨氮,有机氮可进一步分解为氨氮;而稳定性蛋白质可转变为吡啶氮、吡咯氮、季氮以及腈氮形态,在较高的水热温度下均可再分解为氨氮。因此,随着水热处理温度的升高,污泥中氮元素逐渐从固相中转移到液相中,在液相产物中主要以有机氮和氨氮形态赋存。     

重金属市政污泥固化稳定化技术研究

对某污水处理站产生的污泥进行固化稳定化处理,测定其无侧限抗压强度、水稳定性、重金属浸出毒性、渗透性等指标。实验表明,处理后污泥无侧限抗压强度可达0.2 MPa,水稳定性无明显变化,重金属浸出浓度低于毒性鉴别标准值,渗透性满足填埋指标要求。     

磷在污泥热解过程中的迁移转化

采用SMT方法研究磷在热解产物中的赋存形态和分布。结果发现,热处理促进污泥中有机磷（OP）向无机磷（IP）转化。热解温度在800℃以下时,污泥中的磷富集在热解后的污泥固体中。随热解温度升高,污泥中全磷（TP）、无机磷（IP）和磷灰石无机磷（AP）的含量均表现出逐渐升高的趋势,非磷灰石无机磷（NAIP）含量则表现出先升高再降低的趋势。热解温度升高会促使NAIP向AP转化,800℃时AP含量达到最大。污泥中NAIP的主要存在形式为磷酸铝盐和磷酸铁盐,磷酸钙盐含量随温度的升高逐渐增加。污泥中正磷酸单酯和焦磷酸盐受热转化为正磷酸盐,热解后的污泥中磷基本以正磷酸盐的形式存在。该结论为污泥的无害化、资源化利用提供了理论支持。     

Fenton处理对污泥脱水性、重金属形态及生物淋滤效率影响

为考察污泥预处理过程中重金属迁移转化规律,通过投加不同量的Fenton试剂对污泥进行处理,分析了Zn、Cd、Mn、Ni四种重金属的化学形态变化与后继生物淋滤过程的溶出行为。研究结果表明,污泥经Fenton处理后,毛细吸水时间在短时间内降低,但对生物淋滤后最终的污泥脱水性没有显著提升作用;重金属Zn、Cd、Mn的不稳定态（弱酸提取态、可还原态）比例不同程度提高,当投加Fe²⁺=1.00g/L、H₂O₂=9.00g/L时,其比例分别由37%、84%、79%上升至90%、93%、84%,但Ni无明显变化。此外,Fenton处理污泥中Zn、Cd、Mn、Ni四种重金属生物淋滤后含量分别由3451.52mg/kg、6.45mg/kg、443.40mg/kg、94.96mg/kg降至376.74mg/kg、1.10mg/kg、141.66mg/kg、21.77mg/kg,比单独生物淋滤处理污泥重金属残余量分别降低了36.20%、26.17%、30.92%和27.89%。利用动力学方程较好地描述了生物淋滤过程中Zn、Cd、Mn、Ni四种重金属的溶出速率的相对大小,排序为Mn＜Cd＜Zn＜Ni。     

污泥重金属提取剂浸提效率及经济性比较

污泥中重金属的潜在危害严重影响其处理处置效果,因此本文研究了各种提取剂对污泥重金属的浸提效果,并依据经济可提取指数与浸提效果进行了经济性分析。结果表明,无机酸提取剂对污泥重金属的浸提效果随其pH值升高而降低,H⁺浓度是影响其浸提率的主要因素。低分子量有机酸提取剂对污泥中重金属的浸提效率随其浓度增加而增大,其对3种重金属的提取效率顺序为Zn> Cr> Cu。Zn是最易被提取的重金属,草酸对污泥重金属的浸提效果优于柠檬酸。污泥重金属浸提率与高分子量有机酸提取剂浓度呈正相关,其对3种重金属的提取效率顺序为Zn> Cu> Cr。污泥重金属的浸提一般应优先选用有机酸提取剂,对污泥重金属Zn的提取宜选用柠檬酸和草酸,对污泥重金属Cr和Cu的提取一般应选用柠檬酸和乙二胺四乙酸。     

污水污泥处置技术综述

介绍了污水污泥的各种处置技术,并分析了不同处置技术的优缺点。由于污泥传统处置方法如卫生填埋、海洋倾倒和土地利用等技术所具有的局限性,使得污泥热处理技术(也就是热解、燃烧和气化)更具有应用前景;且其中污泥的焚烧技术是目前最主要的处置方法,而污泥气化技术则更具有发展前途,但该技术还有待更深入的研究。     

污泥掺烧生物质的重金属排放特性研究

针对城市污泥焚烧面临的重金属污染严重等问题,提出了在城市污泥中掺烧生物质解决重金属污染的新方法,并利用5 k W鼓泡流化床进行试验研究,考查城市污泥掺烧生物质过程中重金属的含量和形态分布特性及燃烧飞灰中重金属的浸出毒性。结果表明:城市污泥掺烧生物质使Cd和As的挥发性降低,Pb、Cu和Cr的挥发性增加,对Hg的挥发性影响很小;城市污泥掺烧麦秆对Zn的挥发性影响不大,掺烧棉秆使Zn的挥发性降低;城市污泥掺烧生物质都使飞灰中Pb、As的形态稳定性降低,使Zn的形态稳定性增加,对Cu、Cr的形态稳定性影响较小;污泥掺烧不同生物质对飞灰中重金属浸出量和浸出率的影响不同,棉秆与麦秆相比更有利于降低飞灰中重金属的浸出量和浸出毒性。