污泥中磷的熱力富集行為與典型重金屬遷移的關在線上制

《污泥中磷的熱力富集行為與典型重金屬遷移的關在線上制》是依託瀋陽航空航天大學，由李潤東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：污泥中磷的熱力富集行為與典型重金屬遷移的關在線上制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李潤東
• 依託單位：瀋陽航空航天大學

項目摘要

污泥是富含有機污染和重金屬成分的固體廢物，同時又可作為最大的磷酸鹽二次資源。兩步熱處理過程可使污泥在無害化處理同時實現磷的資源化，但重金屬的遷移行為成為關鍵制約因素。本項目採用理論與實驗相結合方法，深入研究污泥中典型重金屬（Pb、As、Zn、Cu和Cr）高溫遷移轉化規律與磷富集行為的互動作用機理。採用小型流化床焚燒實驗結合XRD、FESEM-EDX、EXAFS分析手段，研究重金屬與磷共沉積強化機理及其在灰渣中的賦存形態分布；基於元素活度開展熱力學分析預測及MS-CASTEP計算晶體結合能校核相結合方法，分析磷與重金屬轉化規律與反應機理；採用Chemkin模擬與管式爐序批實驗相結合，研究高磷灰渣重金屬揮發動力學；建立多重金屬污染控制綜合效率評價模型及協同控制最佳化方法。通過本項目研究，可以獲取污泥熱處理過程重金屬與磷遷移與控制方面的新知識，形成新研究方法，為固體廢物無害化與資源化提供理論支持。

結題摘要

污泥作為污水處理的副產物富含大量的磷，可作為最大的磷酸鹽二次資源。兩步熱處理過程可使污泥在無害化處理同時實現磷的資源化，但重金屬的遷移行為成為關鍵制約因素。本項目研究基於磷富集的污泥焚燒-煅燒兩步熱處理過程典型重金屬和磷固相沉積規律與互動作用機理，同時考慮多種重金屬之間的綜合影響與協同控制最佳化。 焚燒溫度升高不利於重金屬在焚燒底渣中的固定。加入CaO後Zn的固定率增加。污泥熱處理全過程中Pb、Zn主要存在於煙氣中、而Cu在用於回收P的最後底渣中有一定的量。隨著溫度的升高，總磷和磷灰石磷的含量增加，850℃時總磷含量達到最大92.94mg/g，950℃時，添加劑CaO使總磷含量增大，灰渣中的磷絕大多數以磷灰石磷存在；通過模型化合物分析，磷酸鋁和磷酸鐵在600-1000℃之間與CaO反應，生成焦磷酸鈣和磷酸鈣等磷灰石磷。熱力學計算表明，高溫時磷與鈣鎂的結合能力要大於與鐵鋁的結合能力。另外，溫度和 CaO可以實現磷的富集同時有利於非磷灰石磷向磷灰石磷轉化。總磷隨著溫度的升高先升高隨後降低，在850℃ 時達到最大值61.31mg/g。在950℃以 CaO為添加劑時，磷灰石磷占總磷比例達到 92.23%。焚燒過程中磷與金屬離子的結合順序是Ca2+＞Mg2+＞Al3+＞Fe3+，同時 950℃磷酸鐵的揮發導致了總磷的降低。 在未添加氯化劑的情況下，污泥灰渣中除As、Pb外各種金屬的揮發率均在10%以下。Cl氯化劑的加入可使重金屬揮發效率顯著增加。以MgCl2作為氯化劑，少量添加時1000℃脫除效果更佳，Cu、Zn脫除率主要受動力學影響，超過一定比例時1100℃更佳，其脫除率主要受熱力學影響，Cr、Ni在1000℃的脫除率普遍高於1100℃；Cu、Ni在氮氣氣氛下的脫除效率高於空氣氣氛，Zn、Cr則相反。增加Ca的添加量可以提高污泥灰渣的四個熔融特徵溫度且對重金屬的脫除具有促進作用。增加K的添加量可以降低污泥灰渣的四個熔融特徵溫度且對重金屬的脫除具有抑制作用。氯化劑的添加有利於污泥灰渣中磷的固定。1100℃添加 15%MgCl2 煅燒後剩餘灰渣中的總磷固定率高達為 98.33%。 通過本項目研究，獲取了污泥熱處理過程重金屬與磷遷移與控制方面的新知識，形成新研究方法，為固體廢物無害化與資源化提供理論支持。