羊建新　翁居軾　秦恒飛　范鈞　張鎖榮　程潔紅　朱炳龍

摘 要：對(duì)某工廠污泥進(jìn)行了理化性質(zhì)的研究，包括污泥含水率、元素分析、重金屬含量和pH值。結(jié)果表明該廢水污泥含水率高達(dá)90%，并含有Cr、Ni、Zn等重金屬，不適合堆肥和填埋等常規(guī)處理。在濕污泥性質(zhì)測(cè)定的基礎(chǔ)上對(duì)干污泥進(jìn)行了成分分析，并制定了濕污泥干燥和干污泥焚燒的工藝路線。

關(guān)鍵詞：化工污泥；干燥；焚燒；工藝

中圖分類號(hào)：X705 文章標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-7394（2017）06-0031-04

化工污泥中含有大量的有機(jī)物，具有極易腐爛的化學(xué)性質(zhì)，會(huì)散發(fā)出強(qiáng)烈的惡臭味氣體，在不經(jīng)過處理的情況下易滋生寄生蟲卵、病原微生物。[1-2]污泥中含有的有機(jī)污染物不易降解且毒性殘留長(zhǎng)，如果這些有毒物質(zhì)沒有被有效處理，而是通過其他方式再次進(jìn)入循環(huán)生物圈中，必將再次產(chǎn)生污染。[3-4]

化工污泥屬于危險(xiǎn)固體廢棄物，對(duì)環(huán)境的危害比市政污泥更大。[5]隨著化工廠的增產(chǎn)擴(kuò)能，廢水污泥的數(shù)量日益增加。擬處理的化工污泥是一種高含水量的危險(xiǎn)固廢物，日產(chǎn)量已達(dá)10 t，成為該廠急需解決的問題。受該廠的委托，要求對(duì)該污泥實(shí)現(xiàn)“減量化、無害化、資源化”處理，徹底解決該污泥的污染問題。

1 濕污泥的理化性質(zhì)測(cè)定

1.1 物理性質(zhì)

參考CJ/T221-2005《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》測(cè)定了化工廠廢水污泥的含水率、密度、pH值和導(dǎo)電率，其結(jié)果如表1所示：

1.2 化學(xué)性質(zhì)

1.2.1 元素分析

主要測(cè)定的元素有C、H、O、N、S，這也是構(gòu)成污泥的主要成分，它們含量的不同會(huì)導(dǎo)致處理工藝的不同。被測(cè)樣品在高溫條件下，經(jīng)氧氣的氧化與復(fù)合催化劑的共同作用，再使其發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)，樣品組分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)如CO2、H2O、N2和SO2，并在載氣的推動(dòng)下，送入色譜柱中。由于不同的氣體在色譜柱中流出的時(shí)間不同，因此該混合組分可以按照N、C、H、S的順序依次被測(cè)定出來。分離出來的氣體，再通過熱導(dǎo)檢測(cè)器分析測(cè)量，不同的氣體的導(dǎo)熱系數(shù)不同，因此熱導(dǎo)檢測(cè)器能根據(jù)不同的組分讀出不同的數(shù)值，再把熱導(dǎo)檢測(cè)器產(chǎn)生的數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行對(duì)比，就可以達(dá)到定量分析的目的。其結(jié)果見表2。

1.2.2 重金屬含量測(cè)定

由于重金屬對(duì)環(huán)境極具破壞力，因此重金屬的存在與否和含量高低決定了污泥最終的處置方式。在元素周期表中原子序數(shù)在21～83中間或相對(duì)密度在5以上的金屬元素稱為重金屬，其中鉛（Pb）、汞（Hg）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、砷（As）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鎳（Ni）等是這些重金屬中毒性較強(qiáng)，極易造成環(huán)境污染的元素。

本實(shí)驗(yàn)的重金屬含量測(cè)定是由型號(hào)為M6的美國的原子吸收光譜儀測(cè)定的。測(cè)定結(jié)果其結(jié)果見下表3。

由上表的測(cè)定結(jié)果可知，污泥中重金屬含量最高的是Ni元素，其次Zn、Se等重金屬的含量同樣相對(duì)較高。As、Be、Cd、Pb未在該廠污泥中發(fā)現(xiàn)。重金屬元素的存在要求該污泥的最終處理方式必須要把重金屬固化，把重金屬對(duì)環(huán)境造成的危害降至最低。

2 干污泥的性質(zhì)分析

根據(jù)干燥后含水率（濕基）為10%的污泥作為原料進(jìn)行了元素分析、熱值分析和工業(yè)分析，了解其焚燒價(jià)值和基本特性，設(shè)計(jì)了針對(duì)化工廠污泥的流化床焚燒爐。

2.1 干污泥的元素

分析干污泥中的C、H、O、N、S決定了污泥焚燒所需的空氣量。其中，N和S元素的含量也會(huì)影響到焚燒后尾氣的排放。因此在設(shè)計(jì)焚燒爐之前有必要先進(jìn)行元素測(cè)定。干污泥的元素分析結(jié)果見表4。

2.2 干污泥的工業(yè)分析

污泥的工業(yè)分析主要是為了測(cè)定其中的水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分的含量。

2.2.1水分含量的測(cè)定步驟

稱取一定質(zhì)量的污泥置于烘箱內(nèi)在105℃的條件下干燥6 h，后取出冷卻至室溫，再稱重，減少的重量即為干污泥中水分的含量。水分的百分?jǐn)?shù)含量Mad按以下公式確定：

式（1）中：[G1]污泥干燥前后失去的質(zhì)量，單位：g；[G]污泥干燥前的質(zhì)量，單位：g。

2.2.2灰分的含量

稱取一定質(zhì)量的樣品，放入馬弗爐內(nèi)，在500°C下停留30分鐘后繼續(xù)升溫至800°C，灼燒約1小時(shí)，取出坩鍋，干燥至室溫，稱重，灰分的含量按以下公式確定：

式（2）中：[G2]污泥灼燒后殘余物的質(zhì)量，單位：g；[G]污泥灼燒前的質(zhì)量，單位：g。

2.2.3揮發(fā)份的含量

將馬弗爐預(yù)先加熱到900°C，將事先稱重的污泥放入帶有嚴(yán)密蓋子的坩堝置于爐中溫度穩(wěn)定區(qū)，加熱7分鐘后取出，冷卻，稱重，揮發(fā)份的含量按以下公式確定：

式（3）中：[G3]污泥加熱后失去的重量，g；[G]污泥加熱前的重量，g；[Mad]污泥的水分百分含量，單位：%。

2.2.4 固定碳的含量

污泥中的固定碳含量是根據(jù)己經(jīng)測(cè)定的水分、灰分、揮發(fā)份按以下公式計(jì)算得到：

式（4）中：Mad污泥試樣的水分含量，單位：%；Vad污泥試樣的揮發(fā)分含量，單位：%；Aad污泥試樣的灰分含量，單位：%。

經(jīng)平行試驗(yàn)測(cè)定，污泥工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析如表5。

3 熱值

在所有的污泥處理處置措施中，污泥焚燒是最為徹底的一種，而且在處理污泥的同時(shí)可以回收污泥燃燒所釋放的能量維持燃燒，因此污泥的熱值大小與污泥焚燒效果密切相關(guān)。單位質(zhì)量燃料完全燃燒并冷卻后所釋放的能量稱為熱值，因此污泥中的可燃分和污泥含水率決定污泥熱值的大小。污泥中可燃分燃燒放熱，同時(shí)水分蒸發(fā)吸熱，當(dāng)污泥熱值不夠水分蒸發(fā)吸熱時(shí)，水分不能移走，污泥就不能維持燃燒，甚至過量的未移除的水分會(huì)影響焚燒爐床層的狀態(tài)導(dǎo)致停爐。

污泥熱值的測(cè)定方法主要參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T213-2008《煤的發(fā)熱量的測(cè)定方法》。采用IKAC5000控制型量熱儀分別測(cè)定兩種污泥干燥基及不同含水率情況下的低位熱值，同時(shí)根據(jù)GB/T213-2008《煤的發(fā)熱量的測(cè)定方法》中有關(guān)收到基低位發(fā)熱量的計(jì)算公式，可粗略估算不同含水率濕污泥的熱值。本文污泥熱的低位值依公式5直接測(cè)得為1108kJ/kg。

[Qs，M=Qd×100-M100-23M] （5）

式（5）中：[Qd]煤的高位熱值，單位：kJ/kg；[M]污泥中水分的質(zhì)量百分含量，單位：%。

4 污泥處置技術(shù)路線

針對(duì)高含水率的化工廠廢水污泥如果采用填埋或者堆肥處理，不僅運(yùn)輸成本高，而且不能有效的降低重金屬元素對(duì)環(huán)境的危害，反而會(huì)引起二次污染，因此采用干燥焚燒聯(lián)合方式處理該污泥。

綜合已有的城市污泥和其他廢水污泥的處理方式及技術(shù)，本文提出了針對(duì)化工廠廢水污泥處理的技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1路線主要由污泥干燥、焚燒、尾氣處理和爐渣資源化處理四大系統(tǒng)組成。該路線把干燥工藝和焚燒工藝聯(lián)合在一起，濕污泥由喂料機(jī)送入干燥器，與干污泥焚燒后的高溫尾氣接觸，并傳質(zhì)傳熱，得到干燥后的污泥由旋風(fēng)分離器收集后經(jīng)干污泥喂料機(jī)送入焚燒爐焚燒。與已報(bào)道的工藝相比，整個(gè)工藝中污泥的熱量得到充分利用，運(yùn)行成本也隨之下降。干燥后的尾氣進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。污泥經(jīng)過干燥焚燒處理后實(shí)現(xiàn)了減量化，其中原有的重金屬富集在燒剩的底灰中，作為后續(xù)研究。

參考文獻(xiàn)：

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