基于热干化处理的纺织印染污泥中重金属迁移转化特性及其机理研究

This subject firstly proposed textile dyeing sludge as object of this study, using the technology of external heat strengthening the thermal drying process and BCR extraction technology which are the main methods to study the mechanism of thermal mobility and transformation of heavy metals when they were put in the dynamic role of the different temperature-pH process. During the sludge thermal drying process, we study the physical and chemical properties of the sludge and morphological transformation characteristics of heavy metal pollutants before and after thermal drying by measures of chemical analysis, structure and morphology testing and dynamic simulation analysis. The key of the research is the impact factors which were based on the mobility and transformation of heavy metals in sludge when they were put in the dynamic role of the different temperature-pH process and do a comparative analysis. To elucidate the cause of the change of heavy metals stability in the textile dyeing sludge thermal drying process and reveal the mechanisms of the thermal mobility and transformation of heavy metals by creating the intrinsic link between the impact factor of the mobility and transformation characteristics of heavy metal pollutants and thermal drying. This study provides new research ideas and technical methods to study the forms of heavy metals in textile dyeing sludge and also provides new techniques and theoretical support for the control of heavy metal pollutants during the process of reduction, harmlessness, resource utilization of this sludge.

本课题首次提出以纺织印染污泥为研究对象，采用外源热力强化热干化处理技术和BCR提取技术为主的研究手段和方法，研究纺织印染污泥中重金属在不同温度-pH动态作用过程中其热迁移转化规律。通过化学分析、结构形貌测试及动态模拟等分析方法和实验手段，研究纺织印染污泥理化特性和热干化前后重金属形态转化特征，重点研究基于不同温度-pH动态作用过程中污泥中重金属迁移转化的影响因子并做对比分析，阐明纺织印染污泥热干化过程中重金属稳定性改变之原因。通过构建纺织印染污泥热干化过程中重金属迁移转化特性和热干化影响因子之间的内在联系，揭示印染污泥热干化过程中重金属迁移转化的作用机制和规律。本研究为研究纺织印染污泥中重金属的存在形态提供了新的研究思路和技术方法，为纺织印染污泥减量化、无害化、资源化利用过程中重金属的迁移控制提供了新的技术方法和理论支撑。

污泥中重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程。土壤中的重金属较难迁移，具有残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点，并且可经作物吸收后进入食物链，或者通过某些迁移方式进入到水、大气中，从而威胁人类的健康与其它动物的繁衍生息。因此治理重金属污染的河流沉积层和土壤一直是国内外瞩目的热点和难点研究课题。不同类型的重金属及重金属的存在形态危害情况有所不同，重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大程度上由其形态分布所决定。污泥干化(sludge drying process)是指通过渗滤或蒸发等作用，去除污泥中大部分水份的过程。主要有自然干化和人工干化两种。污泥热干化处理技术是目前欧美发达国家进行污泥干化比较常用的技术手段。本研究对印染污泥热干化前后影响重金属形态转化因素加以对比分析，阐明污泥热干化过程中重金属稳定性改变之原因。. 研究主要内容包括：（1）纺织印染污泥性质及热干化工艺方法研究；（2）纺织印染污泥热干化过程中重金属形态与热干化影响因子关系特性研究；（3）纺织印染污泥热干化处理中重金属形态迁移转化机理研究。. 结果显示，随着温度的升高，Pb的生物可利用形态明显减少，而残渣态则明显增加，在高温作用下显示出较强的稳定性。高温对于Cu的稳定有明显的作用，从低温到高温干化过程中，以氧化态存在的Cu大量转化为不可被生物利用的残渣态。而高温对于Zn的各形态分布并无显著的影响，即使在高温作用下，Zn的形态分布仍呈现出较为平均的状态。污泥中Cd的残渣态含量较高，稳定性较好，而随着热干化温度的升高，污泥中的Cr主要以可氧化态存在，而随着热干化温度的升高，可氧化态的Cr逐渐转化成为残渣态的Cr，Cr的稳定性得到大幅增强。而污泥中的Ni在低温条件干化后稳定的残渣态所占比例增加明显，但随着热干化温度的升高，Ni的存在形态分布变化不大。. 通过对污泥在不同温度-pH动态变化作用下重金属热迁移变化规律的研究，构建纺织印染污泥热干化过程中重金属形态迁移转化规律与热干化影响因子之间的内在联系，揭示该类污泥热干化过程中重金属污染物热迁移的作用机制。本研究的目的在于为研究纺织印染污泥中重金属的存在形态提供新的研究思路和技术方法，为印染污泥处理处置过程中重金属污染控制提供技术方法和理论支撑。对热干化处理后纺织印染污泥中重金属形态的研究，对该污泥再生资源化利用具有典型的现实意义。