污泥水热处理过程中重金属的迁移行为

发布时间：2017-05-17 00:11

  本文关键词：污泥水热处理过程中重金属的迁移行为，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：污水污泥是一种废弃物,也是一种潜在的资源。从长远来看,污泥的土地利用是一个相对比较好的选择,可以充分实现污泥的资源化价值。但在土地利用之前,必须对污泥进行稳定化处理,并对污泥中重金属的风险进行控制。近年来,水热处理技术由于简单、经济而被认为是一种非常有前景的污泥稳定化处理方法;尤其是低温(300℃)条件下的水热处理技术更有优势。但该过程中重金属的行为及其环境风险还需要进一步的研究和探讨。本研究从浓度、形态分布以及浸出毒性三个方面探讨低温水热处理下污泥中重金属的行为。同时,对该过程中影响重金属迁移行为的因素(如温度、木质纤维素类物质和磷)进行了研究。结果表明:水热处理极大地改善了污泥的脱水性能。当污泥在170℃、200℃和280℃下处理并经固-液分离后,污泥的含水率分别由原来的85%降低到75%、62%和45%。水热处理对污泥中的重金属具有溶出和富集两方面的作用。同时,水热处理促使几种重金属均由弱结合态向更稳定形态迁移,使得各重金属的风险大幅降低。特别是污泥经280℃处理后,各重金属的风险均降到最低;其中以弱结合态存在的Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb的含量分别降低了68.48%、78.78%、91.10%、75.62%、98.93%和74.29%。同时,污泥经280℃处理后,除Pb的可浸出量变化不大以外,Cu、Cd、Zn、Cr和Ni的可浸出浓度分别降低了97.46%、93.91%、86.14%、73.33%和71.93%。水热处理过程中稻壳的添加改变了污泥中重金属的行为。200℃条件下,稻壳的添加促使污泥中的Cr、Cu和Cd由不稳定形态(F1到F4)向稳定态(F5)迁移;但却导致Zn和Pb的直接风险增加。280℃条件下,稻壳的添加促使除Pb以外的各种重金属由相对稳定的形态同时向弱结合态和稳定态迁移。此外,稻壳的添加促使污泥中可浸出金属(Pb除外)的含量降低。这表明,水热处理过程中重金属的迁移行为受污泥中木质纤维素类物质的影响,该影响因处理温度、重金属种类及木质纤维类物质含量的不同而不同。本研究所采用的污泥中,约89%的磷以磷灰石态存在;同时水热处理促使其他形态的磷向磷灰石态转化。水热处理过程中羟基磷灰石(HAP)的添加不仅改变了重金属的再分配行为,而且进一步强化了Cr、Ni和Cd向更稳定化形态迁移,但同时也使其他几种重金属的直接风险有所增加。这表明,污泥中磷的存在对水热处理中重金属的迁移行为的影响与处理温度、磷的含量以及重金属的种类密切相关。总之,水热处理对污泥中的重金属具有一定的稳定化作用,而这种稳定化作用与处理温度、污泥中的木质纤维素类物质以及磷的存在有关。
【关键词】：污泥 水热处理 重金属 风险评价 稳定化
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-34
• 1.1 污泥的产生与危害13-15
• 1.2 污泥的处理与处置15-18
• 1.2.1 卫生填埋15-16
• 1.2.2 焚烧16-17
• 1.2.3 土地利用17
• 1.2.4 综合利用17-18
• 1.3 污泥土地利用与未来发展18-19
• 1.4 污泥重金属的风险控制19-26
• 1.4.1 污泥重金属的环境风险19-22
• 1.4.2 污泥重金属风险控制方法 - 重金属的去除22-25
• 1.4.3 污泥重金属风险控制方法 - 重金属的稳定化25-26
• 1.5 污泥水热处理与重金属的稳定化26-30
• 1.5.1 污泥热处理与水热处理26-27
• 1.5.2 水热技术在污泥处理中的应用27-29
• 1.5.3 污泥水热处理与重金属稳定化29
• 1.5.4 存在的问题及未来研究思路29-30
• 1.6 研究目的及意义30-31
• 1.7 研究内容及技术路线31-34
• 1.7.1 研究内容31-32
• 1.7.2 本研究的创新点32
• 1.7.3 技术路线32-34
• 第2章 污泥中重金属的风险评价方法选择及应用34-46
• 2.1 前言34
• 2.2 材料与方法34-41
• 2.2.1 污泥样品采集与制备34-36
• 2.2.2 重金属风险评价方法36-40
• 2.2.3 试剂及仪器40-41
• 2.2.4 分析方法41
• 2.3 结果与讨论41-44
• 2.3.1 污泥中重金属的浓度及形态分布41-43
• 2.3.2 RAC评价43-44
• 2.3.3 污泥中重金属的浸出毒性44
• 2.4 本章小结44-46
• 第3章 水热处理对污泥特性及重金属行为的影响46-70
• 3.1 前言46-47
• 3.2 材料与方法47-49
• 3.2.1 污泥样品采集与制备47
• 3.2.2 污泥水热处理过程47-48
• 3.2.3 水热处理后污泥对重金属的吸附能力48
• 3.2.4 分析方法48-49
• 3.3 结果与讨论49-68
• 3.3.1 水热处理对污泥性质的影响49-55
• 3.3.2 水热处理对污泥吸附能力的影响55-57
• 3.3.3 水热处理对污泥重金属行为的影响57-68
• 3.4 本章小结68-70
• 第4章 木质纤维素类物质对污泥水热处理中重金属行为的影响70-86
• 4.1 前言70-71
• 4.2 材料与方法71-73
• 4.2.1 污泥与稻壳样品制备71-72
• 4.2.2 水热处理过程72-73
• 4.2.3 重金属风险评价方法73
• 4.2.4 分析方法73
• 4.3 结果与讨论73-85
• 4.3.1 稻壳添加对重金属再分配的影响73-76
• 4.3.2 稻壳添加对污泥重金属形态分布及迁移能力的影响76-82
• 4.3.3 稻壳添加对污泥重金属浸出毒性的影响82-84
• 4.3.4 稻壳添加对污泥中重金属行为影响的机理分析84-85
• 4.4 本章小结85-86
• 第5章 污泥水热处理过程中磷的形态变化及对重金属行为的影响86-105
• 5.1 前言86-87
• 5.2 材料与方法87-90
• 5.2.1 污泥样品制备87-88
• 5.2.2 实验设计88-89
• 5.2.3 污泥中磷的形态分布89
• 5.2.4 分析方法89-90
• 5.3 结果与讨论90-103
• 5.3.1 污泥水热处理过程中磷的行为90-94
• 5.3.2 水热处理过程中磷对重金属行为的影响94-103
• 5.4 本章小结103-105
• 第6章 结论与展望105-108
• 6.1 结论105-106
• 6.2 展望106-108
• 致谢108-110
• 参考文献110-126
• 附录126-127

【参考文献】

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本文编号：372200