Page 278 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

· 1634 · 环境工程技术学报 第 12 卷

市政污泥中含有一定量的磷元素，根据污水处 212—2008《煤的工业分析法》分别对稻壳及污泥进
理工艺的不同，磷占比约 为 0.1%～14.0% 。然而， 行工业分析，利用元素分析仪（Vario EL cub 型，
[4]
e
由于污泥中含有大量有害成分，包括病原体、重金属 Elementar）测定原料中 的 C、 和 N 元素浓度（ 表 2）。
H
和环境激素，因此不能直接作为磷肥使用 [5-6] 。污泥 利 用 X 射线荧光光谱分析（AXIOS mAX 型，帕纳科）对
焚烧技术是一种有效处理污泥的安全技术，能杀死 污泥和稻壳进行元素分析（ 表 3）。由 表 2 和 表 3 可
污泥中的有毒有害物质，达到污泥减量化、无害化和 见，污泥和稻壳的灰分占比分别 为 47.35 % 和 11.25%，
资源化 。污泥经过焚烧处理后绝大部分磷富集在 且污泥 中 Si、Al、 浓度较高。
[7]
P

焚烧灰中，成为潜在的磷源。然而污泥焚烧灰中磷
表 1 污泥与稻壳的基本性质
的生物可利用性较低，需要采用酸浸出的方法将磷
Table 1 Basic properties of sludge and rice husk
提取出来，然后再合成磷矿物（如鸟粪石） 。因此，
[8]
样品 含水率/% pH
提高焚烧灰中磷的浸出率对磷资源的再利用至关重
污泥 56.68±0.50 6.84±0.05
要。此外，污泥在焚烧过程中由于热值低以及灰分
稻壳 8.25±0.40 7.45±0.03
大的问题，限制了污泥焚烧技术的推广。稻壳是稻

米加工过程中的副产物，产量大，热值高，但并未得 表 2 污泥和稻壳的工业分析和元素分析

到有效利用和处置。王腾 提出将污泥与稻壳混烧 Table 2 Proximate analysis and elemental
]
[9
能解决污泥热值低及灰分大的问题，且能降低焚烧 analysis of sludge and rice husk %
灰中重金属的迁移性和毒性。但已有研究鲜见阐述 样品 灰分 挥发分 固定碳 C H N O
污泥-稻壳混烧灰中磷的回收效率。 污泥 47.35 40.25 12.40 28.41 4.62 4.75 14.84
笔者以稻壳为添加物，探究不同稻壳添加量下 稻壳 11.25 78.56 10.19 40.61 5.83 0.80 41.57

污泥-稻壳协同焚烧过程磷形态的变化。以磷浸出
表 3 污泥和稻壳的化学组成
率作为主要评价指标，采 用 Box-Behnke 试验设计
n
Table 3 Chemical composition of sludge and
（BBD）研 究 HC 浓度、浸出时间和液固比对磷浸出 rice husk %
l
率的影响，得到最佳试验条件；比较不同焚烧灰的磷
样品 SiO MgO Fe O Na O CaO Al O K O SO P O 3 LOI 1)
2 2 3 2 2 3 2 3 2
浸出特性，对污泥-稻壳协同焚烧提高焚烧灰中磷的
污泥 17.0 0.94 3.79 3.79 2.43 8.59 1.15 0.34 5.34 56.98
浸出率进行验证，最终通过表征手段分析焚烧灰的 稻壳 8.40 0.11 0.08 0.03 0.16 2.32 0.60 0.22 0.22 87.75
物理化学性质，阐明污泥-稻壳协同焚烧过程的物质
1) LOI表示1 200 ℃时的质量损失率。
变化规律，探讨既能提高焚烧灰中磷的浸出率，又能
改善污泥单独焚烧存在问题的方法，以期为污泥中 1.2 试验方法
磷资源的再利用提供参考。 1.2.1 污泥焚烧灰的制备
参考前人的研究 [10 ] 以及实际污泥焚烧厂采用的
1 材料与方法 焚烧温度，本研究焚烧温度均采 用 850 ℃，在该温度

1.1 试验材料 下焚烧可减少二噁英的产生。按照污泥与稻壳质量
试验用污泥来自于武汉市汉阳经济开发区沌口 比的不同，将纯污泥（SA）、90 % 污泥+10 % 稻壳
污水处理厂浓缩池，该污水处理厂主要处理工业废 （91A ） 、70 % 污 泥+30 % 稻 壳 （73A ） 、50 % 污 泥+
水，处理工艺为交互式间歇式生物反应器深度处理 50 % 稻壳（55A）以及纯稻壳（RA）置于瓷坩埚并放置
（高效沉淀池、气-水反冲洗），处理水量 为 120 000 于马弗炉中，设置焚烧温度 为 850 ℃，保 温 2 h，待炉
m /d。稻壳取自于武汉市某农村。污泥 过 1 m m 筛 内温度降至常温后取出，研磨后放入密封袋中干燥
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以去除大颗粒砂石或纤维，将稻壳和过筛后的污泥 储存备用。不同焚烧灰的产率及其总磷浓度如 表 4
均置 于 105 ℃ 烘箱中烘干，用球磨机 在 3 500 r/min 所示。
下研 磨 10 min，得到的污泥和稻壳粉末 过 0.25 mm 1.2.2 污泥、稻壳及焚烧灰中磷形态提取方法
y
筛后，储存在密封袋内并置于干燥器中，备焚烧试验 利用修正 的 Hedle 法 [11 ] 对污泥、稻壳和焚烧灰
所用。根据标准污泥检测方法（US EPA 1995）对污 中的磷形态进行分析，具体提取步骤如下 [12] ：称取
泥和稻壳（分别记 为 S 和 RH）基本性质进行测试， 1 样品放 入 50 m 聚丙烯离心管中，依次加 入 20
L
g
S
结果如 表 1 所示（ 次测试，取平均值）。采 用 GB/T m 提取剂进行连续分步提取。提取剂以及相应的
L
3
28731—2010《固体生物质燃料工业分析法》 及 GB/T 磷形态：1）先用去离子水提取，得 到 H O-P，为易溶
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