磷酸根离子和含磷废弃物对污泥焚烧过程中重金属挥发的抑制研究

焚烧法是当今世界上许多先进国家和地区常采用的污泥处理方法，与此同时污泥焚烧过程中重金属等二次污染物的控制也变得愈发重要。本课题旨在通过在污泥焚烧过程中引入磷酸根离子，研究磷酸根离子与重金属离子之间的化学反应及产物的热稳定特性，以生成具有热稳定性的磷灰石类矿物相，将重金属污染物束缚在磷灰石类矿物相晶格中，同时分析比较磷灰石矿物与不同重金属元素及不同赋存形式重金属的结合能力；并选取典型的含磷固体废弃物，诱导磷灰石矿物基质的生成，在污泥焚烧过程中对重金属元素进行捕捉结合，从而抑制其在高温下的挥发行为。本研究为进一步控制污泥焚烧过程中重金属的排放，减少对环境的污染提供理论依据，并引入以废治废的理念，具有一定的现实意义和科研价值。

焚烧是目前世界上许多先进国家和地区常用的污泥处理方法，然而污泥中的大量重金属会在高温下释放出来，对人体产生危害。因此，采用有效手段控制重金属挥发是污泥焚烧必须解决的关键问题。本课题旨在寻找一种在高温下稳定重金属的矿物基质，可为进一步控制污泥焚烧过程中重金属的排放，减少对环境的污染提供理论依据，具有一定的科研价值和意义。. 本课题分别通过加入磷酸、磷酸二氢钙以及磷酸钠三种形式引入磷酸根。试验表明，900℃焚烧条件下，这三种磷酸根引入方式对污泥中重金属的挥发均具有明显的抑制效果，效果最好的是磷酸钠，当磷酸钠加入量仅为7% PO43-/干基污泥时，Cr、Pb、Cu、Zn挥发率的下降幅度就可达到74.9%、59.1%、69.6%、52.1%。从机理分析可知，磷酸根可与重金属离子之间发生化学反应，并在高温过程中生成了具有热稳定性的诸如CaZn2(PO4)22H2O，NaFeZnPO4H2O，Cu(Al, Fe)6(PO4)4(OH)84H2O，(Ca, Pb)10(PO4, CO3)6(OH, F, Cl)等类磷灰石的重金属化合物。. 研究还发现，焚烧前往污泥中引入磷酸根，不仅可降低污泥中重金属高温挥发率和浸出浓度，还可显著降低底灰中重金属污染的环境风险。磷酸和磷酸二氢钙预处理污泥焚烧底灰中的Pb的浸出量分别降低了91.2%和52.0%，Cr的浸出量减少了99.8%和99.6%；磷酸钠则对污泥焚烧底灰中Cu、Zn的影响最大，浸出浓度分别降低了17.8%和58.4%。. 在含磷废物（物质）对污泥中重金属高温挥发率的影响方面，研究结果表明磷灰石对重金属在高温下的抑制作用非常显著。当羟基磷灰石增加到20%PO43-/干基污泥，600℃下污泥中Zn、Pb、Cr和Cu的挥发率分别降至2.05%、2.71%、5.31%和7.05%；900℃焚烧时，污泥中 Cr、Pb、Cu的挥发率的下降幅度可达到67.0%、54.7% 、60%，这主要是由于羟基磷灰石与污泥中的重金属发生反应，生成了含重金属的磷灰石及类磷灰石化合物，在高温过程中，又发生了化合物重组，生成了具有高热稳定性的Ca-Pb磷灰石，Ca-Cu磷灰石等化合物。另外，实验结果表明，骨粉和过磷酸钙磷肥对污泥焚烧过程中Pb和Zn的挥发率均有比较明显的抑制作用。