污泥炭化产物资源化利用

　　1、材料与方法

　　1.1 污泥

　　污泥来自安徽省芜湖市无为县污水处理厂市政污泥，含水率98%左右，经调理改性板框压滤机脱水后含水率降至60%左右。

　　1.2 处理工艺

　　脱水污泥采用“混合式干化技术+污泥炭化技术+烟气处理技术”集成工艺处理，处理量为50t/d。首先将含水率为60%的脱水污泥送至混合式干化炉内，炉内温度120~200℃，停留时间30~40min，干化后含水率约30%;然后将干化污泥通过输送螺旋机送至外热式炭化炉，热解炭化炉温度控制在450~650℃左右，缺氧条件下炭化40min左右，炭化后含水率约5%。

　　1.3 测定指标与方法

　　将脱水、干化和炭化污泥在自然条件下进行风干，再放进烘箱在80℃条件下烘干至恒重，分别研磨过18、100目尼龙筛，密封保存用于测定理化性质，本次测定的指标主要包括有机质、全氮、全磷、全钾等营养物质以及重金属含量及其赋存形态。

　　1.4 数据分析

　　数据处理和统计分析采用EXCEL2010和ORINGIN。

　　2、结果与分析

　　2.1 污泥炭化产物的营养成分

　　污泥炭化产物的有机质含量为252.37g/kg，总养分[总氮(以N计)+总磷(以P2O5计)+总钾(以K2O计)]含量为131.61g/kg，符合《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284―2018)、《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(GB/T24600―2009)和《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486―2009)的要求。

　　污泥炭化过程中有机质、全氮含量均随处理温度的增加而降低，全磷和全钾含量随温度的增加而增加。温度越高对营养成分的影响越大。污泥的营养成分如表1所示。

　　2.2 污泥炭化产物的重金属全量

　　污泥在炭化过程中6种重金属均不同程度地增加。在本实验中，重金属含量增幅大小为Cr>Zn>>Pb>>Cu。低沸点金属元素如As、Cd在炭化过程中易于挥发，而高沸点重金属如Pb、Cu、Zn、Cr则固持在炭化产物中并产生富集。污泥中重金属含量与形态如表2所示。

　　污泥炭化若资源化利用，则需考察原污泥的重金属含量水平是否会因炭化含量提高而超过相应的标准。本实验中炭化污泥重金属含量符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486―2009)、《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(GB/T24600―2009)和《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284―2018)标准要求。

　　2.3 污泥炭化产物的重金属赋存形态

　　脱水污泥和炭化污泥中As、Cu、Pb、Zn、Cr、Cd各形态分布如图1、2所示。从图1中可以看出，脱水污泥中As、Cu、Pb、Cr主要以残渣态和可氧化态形式存在，即化学性质稳定，其中As稳定态所占比例高达90.4%。而Zn、Cd则主要以酸可溶态和可还原态形式存在，化学性质不稳定。从图2可知，炭化污泥中铬、铅和砷以残渣态为主，镉和锌的形态赋存含量为残渣态>可氧化态>可还原态>酸可溶态，铜主要以可氧化态和残渣态存在。由此可得污泥炭化可使重金属形态从较活跃的酸可溶态和可还原态向较稳定的可氧化态和残渣态转化，降低重金属的浸出性和生物有效性，降低环境风险。

　　3、讨论

　　3.1 污泥炭化产物的营养成分分析

　　炭化污泥中有机质和全氮含量减少，而总磷和总钾升高，主要原因可能是温度升高有机碳不断分解，从而有机质含量降低;总氮一方面可能是污泥固体剩余物质量不断降低，另一方面是炭化过程中伴随着脱氮反应导致氮损失量较大。而磷元素非常稳定，难以脱除，随着热解炭化反应的进行，固体剩余物质量逐渐减少，则固体中磷被浓缩，质量分数逐渐增大。

　　3.2 污泥炭化产物的重金属分析

　　炭化污泥重金属均不同程度地增加，但污泥炭化过程可使重金属形态从较活跃的酸可溶态和可还原态向较稳定的可氧化态和残渣态转化。

　　4、结语

　　(1)炭化污泥中有机质、全氮、全磷和全钾含量分别为252.37g/kg、2.84g/kg、42.98g/kg和25.08g/kg，其中有机质和全氮含量比60%脱水污泥分别降低了28.3%、90.73%;全磷和全钾上升了52.3%和47.96%。总体而言，炭化污泥中的有机质和总养分均符合相关标准。

　　(2)炭化污泥中重金属含量均不同程度的增加，增幅大小为Zn>Cr>Cd>Pb>As>Cu，但含量均符合相关标准的要求，并且炭化污泥中铬、铅和砷以残渣态为主，镉和锌的形态赋存含量为残渣态>可氧化态>可还原态>酸可溶态，铜主要以可氧化态和残渣态存在，显著降低了重金属的生物有效性，降低环境风险。(来源：安徽省通源环境节能股份有限公司)