郭 帥 ，于士祥 ，車德勇 ，劉洪鵬 ，孫佰仲,*

（1. 東北電力大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2. 浙江浙能紹興濱海熱電有限責(zé)任公司，浙江 紹興 312073）

由于中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，以及公共衛(wèi)生水平的提高，污水的排放量逐年遞增[1,2]。而污泥作為污水處理過程中的副產(chǎn)物，其總量一直在增長，據(jù)中投顧問產(chǎn)業(yè)研究中心預(yù)測，到2023年中國污泥產(chǎn)生量將達(dá)到9772萬噸。

此外，污泥是由微生物、未被消解的有機(jī)和無機(jī)礦物以及有機(jī)毒物等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體，如果不進(jìn)行有效處理，將產(chǎn)生潛在的環(huán)境問題，嚴(yán)重危害人類健康[3,4]。因此，如何安全、經(jīng)濟(jì)地處理污泥已成為一個亟待解決的問題[5]。

污泥處理方式有很多種[6-8]，據(jù)立木信息咨詢發(fā)布的《中國污泥處理處置市場調(diào)研與未來預(yù)測報告（2021版）》統(tǒng)計，2018年中國城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的污泥中，50%以上的污泥進(jìn)行了衛(wèi)生填埋，近15%的污泥進(jìn)行了土地利用，6%左右的污泥以焚燒的方式進(jìn)行處置，近8%的污泥處理后進(jìn)行了建筑材料利用。其中，污泥焚燒技術(shù)具有減容、減量和能源化等顯著優(yōu)勢[9-11]，并且考慮到中國大城市(如北京、上海和深圳)有限的土地選址，在未來十年，焚燒將在污泥處置中發(fā)揮越來越重要的作用[11,12]。但污泥焚燒面臨的一個主要問題是污染嚴(yán)重，尤其是NOx和重金屬污染[13,14]，這也是制約中國污泥焚燒工藝發(fā)展和應(yīng)用的嚴(yán)重問題。因此，降低燃燒所產(chǎn)生的NOx，并且無害化處理污泥焚燒后的重金屬，降低其污染程度，是目前世界各國廣泛關(guān)注的研究課題，也是本文的主要研究內(nèi)容。

由于污泥自身熱值較低，不宜單獨焚燒，大多數(shù)學(xué)者采用污泥與其他燃料摻燒探究污染物排放特性。Liu等[15]利用馬弗爐燃燒玉米秸稈、城市污泥及其混合物，結(jié)果表明，污泥中含N量高于玉米秸稈，但N-NO的轉(zhuǎn)化率較低，玉米秸稈與污泥摻燒后NO排放量低于玉米秸稈單獨燃燒。Jin等[16]和Zhan等[17]分別在管式爐和流化床實驗臺中，采用煤與脫水污泥進(jìn)行摻燒，結(jié)果表明，NOx轉(zhuǎn)化率隨著污泥摻混比的增加而降低。Zhang等[18]采用了神木煤與酸洗污泥摻燒，發(fā)現(xiàn)隨著污泥摻混比的增加，NOx和HCl排放含量基本穩(wěn)定，氣態(tài)重金屬排放明顯增加。Guo等[19]在管式爐內(nèi)對伴礦景天與污泥進(jìn)行摻燒，發(fā)現(xiàn)高溫增加了Zn、Cd、Pb的揮發(fā)程度，O2含量的升高有利于重金屬化合物的形成。Chen等[20]采用城市垃圾與污泥進(jìn)行摻燒研究重金屬的揮發(fā)性，結(jié)果表明，隨著溫度的升高和污泥摻混比的降低，重金屬As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn揮發(fā)率增加，在較高的反應(yīng)高溫下隨著O2含量的增加，重金屬的揮發(fā)率降低；在較低溫度下隨著O2含量的增加，Cu、Pb和Zn的揮發(fā)率增加。Zhao等[21]在流化床中用污泥分別與麥稈、棉稈摻燒，對其重金屬遷移特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，采用污泥與生物質(zhì)摻燒，特別是在污泥摻混比為50%時可以有效降低飛灰中Zn和As的浸出毒性，并且生物質(zhì)中Ca和Fe等礦物的存在會捕獲As2O3(g)，形成砷酸鹽，減少As的排放。董浩[22]在循環(huán)流化床中對制革污泥與煙煤進(jìn)行摻燒，結(jié)果表明，純煤燃燒中，Cr、Ni明顯富集于底渣中，加入制革污泥后，Cr、Ni揮發(fā)性有了明顯提升。

綜上所述，采用其他燃料與污泥摻燒會對污染物排放產(chǎn)生一定影響，現(xiàn)有的研究主要對污泥采用先干化再摻燒的方式進(jìn)行處理，這樣處理所涉及的系統(tǒng)不僅較為復(fù)雜，而且在干化過程中能量損耗較大，明顯增加了成本。此外，大多數(shù)研究所關(guān)注的重金屬種類也不全面?；诖?，本研究將在流化床中對玉米秸稈與高含水污泥進(jìn)行摻燒，考察不同溫度、污泥摻混比及二次風(fēng)比率對NO排放以及多種重金屬（V、Cr、Ni、Zn、Cu、As、Se、Cd、Sb、Hg、Tl、Pb）遷移轉(zhuǎn)化特性的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

選用的實驗樣品為市政污泥與玉米秸稈。污泥取自吉林省吉林市雙嘉環(huán)保公司，含水率高達(dá)80%。玉米秸稈取自吉林省吉林市周邊玉米田，經(jīng)風(fēng)干（3 d），破碎及篩分（200目）處理，得到粒徑范圍在8 mm以下的樣品備用。實驗樣品工業(yè)分析及元素分析測試結(jié)果如表1所示，污染性較大的重金屬及Cl元素含量測試結(jié)果如表2所示，重金屬含量的測試方法請參考下文1.3節(jié)。

表 1 樣品的元素分析和工業(yè)分析Table 1 Proximate and ultimate analyses of samples

表 2 原料的重金屬及Cl含量分析Table 2 Concentration of heavy metals and Cl in raw materials（mg·kg-1）

從表1中可以看出，污泥中N含量較高，在摻燒后的尾部煙氣中需對NO含量進(jìn)行關(guān)注。從表2可以發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈中As含量約為市政污泥中As含量的5倍左右，除重金屬As外，污泥中其余重金屬含量均明顯大于玉米秸稈中重金屬含量。此外，根據(jù)GB 4284—2018《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》，除As元素外，原料中其他重金屬元素均符合污泥產(chǎn)物農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 實驗裝置

采用自行搭建的內(nèi)循環(huán)流化床實驗臺進(jìn)行污泥與秸稈的摻燒實驗。實驗臺主要由秸稈/污泥螺旋給料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、樣品收集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)五個部分組成，實驗裝置系統(tǒng)如圖1所示。內(nèi)循環(huán)流化床的爐膛總高2.9米，沿著爐膛中軸線共計有九個溫度和壓力測點。

有研究表明[23]，當(dāng)高含水污泥的摻混比低于20%時，添加污泥對爐膛的平均溫度和最高溫度影響不大。因此，本實驗將脫水污泥與玉米秸稈按照合理的比例進(jìn)行摻燒，脫水污泥摻混比例分別為：5%、10%、15%、20%，內(nèi)循環(huán)流化床爐膛溫度分別保持在700、750、800、850 ℃，二次風(fēng)比率分別維持在30%與50%。根據(jù)煙氣中O2所占比例大小對一、二次風(fēng)量配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，使?fàn)t膛尾部煙氣中的O2含量維持為4%-6%。玉米秸稈給料機(jī)的給料速率為5-15 kg/h，可根據(jù)爐溫的變化在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本實驗共32個工況，摻燒后的飛灰將通過尾部煙道中的布袋除塵器進(jìn)行收集，煙氣中呈揮發(fā)態(tài)的重金屬將通過5%HNO3和10%H2O2進(jìn)行收集，并采用MRU VARIO plus-New型煙氣分析儀對煙氣中污染性氣體NO進(jìn)行在線監(jiān)測。

1.3 測試方法

收集流化床摻燒后產(chǎn)生的飛灰、底灰，各稱取0.1 g，利用5 mL HNO3+2 mL HF +1 mL HCl的方法對灰樣進(jìn)行微波消解，并采用5%HNO3和10%H2O2對煙氣中重金屬進(jìn)行收集。采用國產(chǎn)江蘇天瑞儀器股份有限公司生產(chǎn)的ICP-MS2000型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對消解液、收集液中12種重金屬含量行進(jìn)行測定。Cl元素的含量根據(jù)GB/T 34692—2017 《熱塑性彈性體 鹵素含量的測定 氧彈燃燒-離子色譜法》測試獲得。

利用X射線衍射儀（XRD）對不同工況下的摻燒灰的物相組成進(jìn)行測試。其型號為日本Rigaku公司生產(chǎn)的MinFlex600，工作電壓40 kV，工作電流150 mA，X射線波長0.15406 nm，選用步進(jìn)掃描模式，掃描速率為0.02(°)/s，掃描衍射角為15°-75°。實驗數(shù)據(jù)采用jade5.0軟件進(jìn)行分析，定量分析通過jade5.0軟件中Quantitative Analysis模塊進(jìn)行分析計算，以各物質(zhì)代表的峰值面積占總面積的百分比來確定各物質(zhì)的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫水污泥與玉米秸稈摻燒中NO排放特性

不同溫度及污泥摻混比下NO排放如圖2所示。從圖2可以看出，當(dāng)摻燒溫度從700 ℃升高到850 ℃時，NO的排放呈上升趨勢。一些研究人員[24]已經(jīng)證明在1000 ℃以下，NO主要來源于燃料氮，較高的摻燒溫度有利于NO的形成，這主要與燃料中N元素有關(guān)。在摻燒過程中，燃料中的N在高溫條件下，轉(zhuǎn)化為HCN和NH3。揮發(fā)物HCN主要與O發(fā)生反應(yīng)生成NCO，之后繼續(xù)與O反應(yīng)會生成NO，具體反應(yīng)式如式（1）、式（2）所示。

摻燒溫度對NO排放的影響較大，一方面體現(xiàn)在摻燒溫度升高會促進(jìn)反應(yīng)式（1）、（2）的進(jìn)行；另一方面在于升高摻燒溫度會降低爐膛內(nèi)的半焦含量與CO的生成，使得NO向N2轉(zhuǎn)化的逆向還原反應(yīng)被削弱，抑制了反應(yīng)式（3）、（4）的進(jìn)行，最終導(dǎo)致NO的排放量增加。

相關(guān)文獻(xiàn)[25]表明，降低溫度會使O、OH、H等自由基的質(zhì)量含量減小，抑制式（5）、（6）中NO的均相反應(yīng)，導(dǎo)致NO排放量減少。

由實驗結(jié)果及理論分析可知，在保證脫水污泥能夠穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低摻燒溫度可以有效減少NO的排放。從圖2還可以看出，在相同溫度下，除脫水污泥摻混比為10%外，隨著污泥摻混比的增加，NO的排放含量呈上升趨勢。這可能是由于污泥中N元素含量為2.07%，比玉米秸稈中含0.92%的N元素含量高，如表1所示。而當(dāng)脫水污泥摻混比為10%時，NO排放含量最低，這可能是由于在此污泥摻混比下，脫水污泥與玉米秸稈產(chǎn)生的交互作用最為明顯，抑制了NO生成。具體來說，可能是因為污泥中的N元素向其他氮化物如NH3、HCN、HCNO的轉(zhuǎn)變，這種變化也有可能是污泥中的礦物質(zhì)起催化作用所致，如含鐵化合物，使N元素轉(zhuǎn)化為有機(jī)N，因此，玉米秸稈添加10%污泥時會使NO氣體釋放量減少。另一方面，其原因可能是脫水污泥中含水率較高，生成大量水蒸氣，減小了尾部煙氣中NO的含量。此外，S?nger等[26]發(fā)現(xiàn)濕污泥中的水分含有大量的氨，在焚燒過程中被釋放出來，類似于SNCR的脫硝原理，能夠?qū)Ox維持在較低的水平。而NOx主要是以NO的形式存在，所以這可能也是脫水污泥摻混比為10%時煙氣中NO排放量較低的原因之一。

綜上所述，在脫水污泥摻混比在10%時NO排放量最低。在此污泥摻混比條件下，研究了不同燃燒溫度條件下，二次風(fēng)比率對NO排放的影響，結(jié)果如圖3所示。由此可知，當(dāng)二次風(fēng)比率從30%增大到50%時，NO排放含量呈降低趨勢，這主要是由于一次風(fēng)量的減小導(dǎo)致了密相區(qū)中O2含量減少，摻燒產(chǎn)生的CO量與未完全燃燒的炭含量增加，使得密相區(qū)中的還原性氛圍增強(qiáng)，促進(jìn)了NO的還原反應(yīng)，從而抑制了NO的生成，最終導(dǎo)致NO排放含量隨二次風(fēng)比率的增加而減小。

2.2 不同影響因素對摻燒中重金屬遷移特性的影響

2.2.1 溫度對重金屬遷移的影響

在污泥摻混比在10%條件下，不同摻燒溫度下各重金屬（V、Cr、Ni、Zn、Cu、As、Se、Cd、Sb、Hg、Tl、Pb）在底灰、飛灰及煙氣中的分布如圖4所示。其中，煙氣中重金屬含量是按照上文1.3節(jié)所述的溶液吸收法進(jìn)行捕集并且測試所得。

從圖4中可以看出，在700-850 ℃條件下V、Cr、As、Sb、Hg在底灰中的含量都呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；而底灰中重金屬Zn、Cu、Se、Cd含量隨溫度的變化趨勢與之相反。重金屬V、Sb、Hg、Zn、Cu、Se、Cd含量在底灰中隨溫度升高可能是由于在摻燒過程中無機(jī)礦物對其進(jìn)行捕獲，導(dǎo)致更多的重金屬富集在底灰中[27-29]，具體反應(yīng)如式（7）[30]所示。而這七種重金屬含量在底灰中隨溫度升高而下降的原因可能與Cl元素有關(guān)，由表2可知，污泥與秸稈原樣中均含有一定含量的Cl元素，重金屬易與Cl發(fā)生反應(yīng)生成氯化物，促進(jìn)其揮發(fā)。不同溫度時重金屬含量呈現(xiàn)先增大后減小的原因是在不同溫度下所占的主導(dǎo)反應(yīng)不同。對于重金屬V、Cr、As、Sb、Hg來說，在700-800 ℃，與無機(jī)礦物的反應(yīng)占主導(dǎo)地位；從800 ℃升高到850 ℃，與Cl反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，而Zn、Cu、Se、Cd與之相反。

從圖中還可以看出，隨溫度升高，Ni在底灰中含量增大，Tl含量減少，Pb含量變化趨勢不明顯，表明溫度對重金屬Pb遷移轉(zhuǎn)化影響不大，并且高溫有利于Ni的保留，但會導(dǎo)致Tl的揮發(fā)。

當(dāng)污泥摻混比為10%時，在不同溫度下，對脫水污泥與玉米秸稈摻燒后的飛灰進(jìn)行XRD分析，其譜圖如圖5所示，根據(jù)譜圖得出的主要物質(zhì)含量百分比如表3所示。從表3中可以看出，隨溫度升高，飛灰中SiO2含量先增加后減少，在800 ℃下其含量最大，可對煙氣中重金屬進(jìn)行捕獲，并且在此溫度下，飛灰中出現(xiàn)了KCl，可能是由于此時KCl并沒有與重金屬反應(yīng)完全。兩者皆可對700-800 ℃，底灰中重金屬V、Sb、Hg含量隨溫度升高而增大的現(xiàn)象做出解釋。而從800 ℃升高到850 ℃時，表3中SiO2含量減少，生成大量Na(AlSi3O8)，導(dǎo)致SiO2與重金屬反應(yīng)量減少，減少了對重金屬的捕獲，這可以對800-850 ℃底灰中重金屬V、Cr、As、Sb、Hg、Tl含量降低的現(xiàn)象做出解釋。

表 3 10%污泥摻混比在不同溫度下?lián)綗箫w灰中主要物質(zhì)含量Table 3 Concentration of main substances in fly ash at different temperatures with a 10% sludge mixing ratio

2.2.2 污泥摻混比對重金屬遷移的影響

上文研究結(jié)果表明，在800 ℃時大部分重金屬揮發(fā)性較低，因此，本節(jié)在該溫度條件下，通過對比不同污泥摻混比下的重金屬含量，探究其對重金屬分布的影響。不同摻混比下各重金屬（V、Cr、Ni、Zn、Cu、As、Se、Cd、Sb、Hg、Tl、Pb）在底灰、飛灰、煙氣中的分布如圖6所示。

從圖6中可以看出，在不同污泥摻混比下，重金屬V、Sb、Pb大部分都保留在底灰中，占比在80%-85%。并且三者的含量變化均不明顯，表明污泥摻混比對重金屬V、Sb、Pb分布的影響不大。

在底灰中重金屬Ni、Zn、Cd含量變化趨勢均非單調(diào)變化。主要是由于這三種重金屬的固相產(chǎn)物、氣相產(chǎn)物隨污泥摻混比不斷變化，導(dǎo)致底灰中重金屬含量變化不定。以Zn為例，脫水污泥與玉米秸稈摻燒后主要以Zn2SiO4(s)、ZnAl2O4(s)和ZnCl(g)存在，不同摻混比下，三種產(chǎn)物含量不斷變化導(dǎo)致底灰含量變化呈非單調(diào)趨勢。

隨著污泥摻混比從5%增加到20%，底灰中重金屬Cr、Se含量均先減小后增大，Cu、Hg、Tl變化趨勢與之相反。重金屬Cr、Se、Cu、Hg、Tl在底灰中的含量隨污泥摻混比的增加而降低，主要是由于在污泥與玉米秸稈摻燒過程中，會產(chǎn)生一定量的HCl、Cl2等，與之反應(yīng)，促進(jìn)其揮發(fā)。以Hg為例，具體反應(yīng)式如式（8）、（9）、（10）[31]所示。

而底灰中重金屬含量增大的原因有所不同。對于Cr來說，主要是由于Cr會與污泥中的Fe2O3、MgO等物質(zhì)結(jié)合生成難揮發(fā)的FeCr2O4和MgCr2O4，從而使Cr殘留在底灰中。而底灰中重金屬Se增加，可能是由于污泥比例的增加，導(dǎo)致了脫水污泥與玉米秸稈摻燒后灰中未燃盡碳含量增大，而底灰中未燃盡碳對Se元素有一定的吸附作用，導(dǎo)致了底灰中重金屬Se含量增多。對于Cu來說，主要是由于Cu的氧化物易與污泥中的Fe2O3結(jié)合生成更加穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而導(dǎo)致Cu富集在底灰中。而底灰中Hg含量增加可能是由于污泥自身性質(zhì)所致，污泥中包含大量的鈣基化合物，會對重金屬Hg產(chǎn)生一定的吸附作用。并且由于污泥中灰分含量較高，在摻燒過程中，灰表面會對Hg產(chǎn)生吸附性，灰顆粒越大，對Hg吸附效果越明顯。并且根據(jù)文獻(xiàn)[32]報道，在污泥燃燒過程中，Cl和S會對Hg的揮發(fā)產(chǎn)生影響，當(dāng)Cl含量較低時，硫分會與Hg發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物，使Hg保留在灰中，從而抑制重金屬Hg的釋放，相關(guān)反應(yīng)如式（11）所示，這可能也是導(dǎo)致底灰中Hg含量增加的原因。

圖6（f）是不同污泥摻混比下重金屬As的分布，在污泥摻混比為20%時，幾乎觀察不到重金屬As存在于煙氣、飛灰中，幾乎全保留在底灰中。造成這種現(xiàn)象的原因可能是污泥中的CaO含量較高，在摻燒過程中As易與CaO結(jié)合生成難揮發(fā)的Ca3(AsO4)2而將更多的As保留在底灰中，因此，從總體上看，在底灰中重金屬As的含量隨污泥摻混比的增加而增大。

在不同污泥摻混比下，對800 ℃時脫水污泥與玉米秸稈摻燒后的飛灰進(jìn)行XRD分析，其譜圖如圖7所示，經(jīng)過分析得出的主要物質(zhì)含量如表4所示。從表4中可以看出，當(dāng)污泥摻混比從5%增加到10%時，飛灰中SiO2含量增加，與SiO2反應(yīng)的重金屬含量增加，生成的重金屬硅酸鹽增加，使重金屬更多的保留在底灰和飛灰中，且當(dāng)污泥摻混比為10%時，灰中含有0.2%的KCl，表明與KCl反應(yīng)的重金屬含量減少，導(dǎo)致重金屬氯化物含量減少，揮發(fā)性減小，這兩種原因皆可對在此污泥摻混比范圍下底灰中V、Zn、Cu、As、Hg含量隨污泥摻混比的增加而增大的現(xiàn)象做出解釋。

表 4 800 ℃時不同污泥摻混比下?lián)綗w灰中主要物質(zhì)濃度Table 4 Main substances concentration in fly ash with different sludge mixing ratios at 800 ℃

從圖7還可以看出，隨著污泥摻混比從10%增加到20%，底灰中重金屬V、Sb、Hg含量降低。從表4中可以發(fā)現(xiàn)，這主要是由于在此污泥摻混比的條件下，飛灰中SiO2含量逐漸減少，所生成的重金屬硅酸鹽含量降低，導(dǎo)致了重金屬在底灰中保留量減少。

此外，在污泥摻混比為20%時，飛灰中含有0.3%的CaCl2，表明重金屬與CaCl2未完全反應(yīng)，導(dǎo)致生成的重金屬氯化物降低，更有利于重金屬在底灰中的保留。這可對在污泥摻混比從15%增加到20%時，重金屬Cr、Zn、As、Se分布做出解釋。

2.2.3 二次風(fēng)比率對重金屬遷移的影響

綜合2.2.2節(jié)中大部分重金屬的變化趨勢以及相應(yīng)的XRD變化得知，在污泥摻混比為10%工況下大部分重金屬揮發(fā)性較低，因此，本節(jié)選用此污泥摻混比，通過對比二次風(fēng)比率30%、50%時重金屬含量，探究其對重金屬遷移特性的影響，結(jié)果如圖8所示。

從圖8中可以看出，在850 ℃時底灰中V、Cr、Sb含量隨二次風(fēng)比率的變化趨勢與800 ℃時的變化趨勢相反。這可能是由于在800-850 ℃，污泥與玉米秸稈摻燒發(fā)生了交互作用。因此，對于這三種重金屬，增加二次風(fēng)比率是否有利于重金屬在底灰中的保留，減少重金屬的排放，還需考慮溫度的影響。并且從圖中可以明顯看出，在700-850 ℃，除Ni在700 ℃工況外，重金屬Ni、Zn、Cu、Se、Hg、Tl在底灰中含量均隨二次風(fēng)比率的增大而減少。表明增加二次風(fēng)比率，會抑制這六種重金屬在底灰中的保留，促進(jìn)其揮發(fā)，危害周圍環(huán)境。從底灰中重金屬含量變化率來看，二次風(fēng)比率對Cu影響最大。當(dāng)二次風(fēng)比率增加到50%時，底灰中Cu的含量降低幅度非常明顯，此時底灰中Cu含量分別只占了3.93%、7.72%、5.60%，同二次風(fēng)比率為30%相比，分別降低了53.64%、43.23%、60.87%，更多的Cu以氣體的形式轉(zhuǎn)化到了煙氣中，明顯促進(jìn)其揮發(fā)，嚴(yán)重影響環(huán)境安全。此外，底灰中重金屬As、Cd含量隨著二次風(fēng)比率的增加而增大。從700 ℃升高到850 ℃，重金屬As在底灰中含量分別占98.23%、99.49%、99.18%、97.30%，幾乎全部保留在底灰中，揮發(fā)性很小。對于Cd來說，增大二次風(fēng)比率會抑制其揮發(fā)，這可能是因為增加二次風(fēng)比率會導(dǎo)致密相區(qū)的還原性氣氛增加，導(dǎo)致重金屬Cd以氣態(tài)形式Cd(g)、CdO(g)、Cd(OH)2(g)存在的幾率降低，更多的重金屬Cd與礦物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而保留在底灰中。最后，與其他重金屬不同的是，在不同摻燒溫度下，隨著二次風(fēng)比率的改變，重金屬Pb的分布沒有明顯變化，表明二次風(fēng)比率對重金屬Pb影響不大。

當(dāng)二次風(fēng)比率50%及污泥摻混比10%時，對不同溫度下脫水污泥與玉米秸稈摻燒后的飛灰進(jìn)行XRD分析，其圖譜如圖9所示，進(jìn)一步分析得出的主要物質(zhì)含量百分比如表5所示。通過與表3對比，發(fā)現(xiàn)在相同過量空氣系數(shù)下，增大二次風(fēng)比率，會導(dǎo)致不同溫度下飛灰中SiO2含量降低，使得重金屬與SiO2反應(yīng)量減少，保留在底灰中重金屬含量降低。因此，如圖8所示，增大二次風(fēng)比率，會導(dǎo)致底灰中重金屬V、Ni、Zn、Cu、Se、Hg含量減少，增大其揮發(fā)率。

表 5 不同二次風(fēng)比率下?lián)綗w灰中主要物質(zhì)濃度Table 5 Concentration of main substances in fly ash with different secondary air ratios

3 結(jié) 論

隨著溫度升高，NO排放上升；隨著污泥摻混比的增加，NO排放先減少后增加，在污泥摻混比為10%時NO排放最低；此外，隨著二次風(fēng)比率的增加，NO排放降低。

在700-850 ℃隨著溫度上升，底灰中重金屬Ni含量呈增加趨勢，Tl含量呈降低趨勢；V、Cr、As、Sb、Hg含量先增大后減小，而Zn、Cu、Se、Cd與之相反，且大部分重金屬的轉(zhuǎn)折點在800 ℃。

不同污泥摻混比對重金屬V、Sb、Pb的分布影響不大。隨污泥摻混比增加，底灰中重金屬Cu、Hg、Tl含量均先增加后減小，而Cr與之相反，且轉(zhuǎn)折點均在污泥摻混比為10%時。

當(dāng)二次風(fēng)比率從30%增加到50%時，Pb的分布沒有明顯變化，底灰中Zn、Cu、Se、Hg含量減少，而As、Cd與之相反。此外，隨二次風(fēng)比率增加，底灰中V、Cr、Sb、Tl在800與850 ℃下含量變化趨勢相反，因此，對于V、Cr、Sb、Tl，增加二次風(fēng)比率是否有利于其在底灰中的保留，還需考慮溫度的影響。

綜上，在實際應(yīng)用中，控制溫度在800 ℃、脫水污泥摻混比為10%、二次風(fēng)比率為30%，可使大部分重金屬保留在底灰中，有效降低其揮發(fā)，減少重金屬對環(huán)境的危害。