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高温热解对污泥炭特性及其重金属形态变化的影响
发布日期:2018-12-13  来源:环境工程   浏览次数:175
核心提示:随着住房建设部关于2017年上半年全国城镇污水处理设施建设和运行情况通报显示:截至2017年6月底,全国城镇累计建成运行污水处理厂4063座,污水处理能
随着住房建设部关于2017年上半年全国城镇污水处理设施建设和运行情况通报显示:
截至2017年6月底,全国城镇累计建成运行污水处理厂4063座,污水处理能力达1.78亿立方米/日。按污泥平均含泥率0.05%~0.08%计算[1]。2017年全国市政污泥产量已经达到3200万~5200万吨。污泥的大量产生对环境造成了巨大负担,污泥的组分复杂,性质不稳定,含大量重金属,如果不经过处理排放到环境中,将会污染环境,因此,如何让妥善处理污泥中重金属已经成为一个热点问题[2]。
热解是一种很有发展前景的污泥处理技术,其不仅能彻底杀灭寄生虫卵、病原微生物,充分裂解有机污染物,还能实现碳的固定、营养成分的回收和生物质能 (生物油和热解气)的提取,大幅降低污泥体积[3]。污泥经热解后的固相产物,是一种高度芳香化的、多孔的碳质炭渣,俗称污泥炭(Sewage Sludge Biochar)。污泥炭用处较多,可以作为吸附剂,也可以用于植树造林,即“变废为宝”;又可以节省大量宝贵的土地资源,但有研究显示,热解后污泥中的重金属80%以上都转移到了污泥炭中[4-5],这已成为污泥炭资源化利用的主要滞阻因素之一。所以,实现污泥炭中重金属的钝化稳定化,最小化污泥炭利用的潜在生态风险,是关系污泥炭安全利用的核心问题。
因此,本研究通过开展三个温度梯度(550℃、700℃和850℃)条件下的污泥热解实验,探索了高温热解对污泥炭特性及其重金属形态变化的影响研究,以期实现污泥中可交换态和碳酸盐结合态重金属向稳定态转化[6-8],以减少污泥中重金属对环境造成不利的影响。这对运用高温热解技术对污泥进行“减量化、稳定化、无害化和资源化”处理具有重要意义。
1 材料与方法
1.1污泥原料及炭制备
生污泥来自于杭州市临安区污水处理厂的浓缩污泥。将采回的污泥样品在室温(~ 20 ℃)下自然风干,破碎混匀并过120目筛,于烘箱中干燥至恒重以备用。
采用箱式气氛炉(图1)热解制备污泥炭。称取100 g污泥样品放入坩埚中,置于气氛炉反应室内。热解终温设定为550 ℃,700 ℃和850 ℃三个温度。气氛炉加热升温速率为10 ℃/min,达到目标温度后保持2 h。用高纯N2作为载气,热解前先开启载气阀门以1 L/min的速率通入高纯N2,确保热解过程是在无氧条件下进行的,反应结束后继续通入N2直至反应室内温度自然冷却至室温后关闭载气阀门,打开反应室,采集污泥炭成品,转移至玻璃容器中保存备用。
1.2 样品分析方法
1.2.1 试样基本性质分析
污泥和污泥炭样品灰分含量参照《煤的工业分析方法》(GB/T 212-2008)测定;C、H、N、S含量分析利用元素分析仪(Vario EL III,德国)测定,选用CaCO3和氨基苯磺酸(Sulfanilic acid)标准物质进行质量控制;pH值(1: 10,w/v)用pH计(SevenCompact,瑞士)测定。试样比表面积用比表面积及空隙度仪(SAP2020M,美国)测定,根据 BET 方程计算总比表面积;污泥和污泥炭形貌特征(表面微观结构)用扫描电子显微镜(SHIMADZU SS-550,日本)观察;表面官能团利用傅里叶变换红外光谱仪(SHIMADZU IR Prestige 21,日本)分析。
作者:刁韩杰1, 2 王敏艳3 许思涵1 张建云1 曹玉成1 张进
 
 
 
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