Page 324 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

· 320 · 环境工程技术学报 第 13 卷

酸盐（多属于残渣态）。Zhan 等 [20 ] 发现，污泥热水 合，导致绝大部分重金属仍存在于固相，由于污泥总
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解过程中由于部分有机物生成挥发性组分进入气 固体含量的降低，部分重金属浓度甚至会升高。同
相，污泥总固体含量降低，而重金属总量基本保持不 时，热水解处理能够使重金属从不稳定的弱酸提取
变，从而导致大部分重金属的浓度在热水解处理后 态和可还原态向稳定的可氧化态和残渣态转化，可
的污泥中有一定的增加；化学形态分析发现，P 和 在一定程度上降低重金属生物有效性、迁移性和生
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A 由于其形成的化合物多不溶于水，如 PbSO 、 态风险 [20-21] 。
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Pb (PO ) 或 2 FeAsO 等，处理后各化学形态向残渣 2.2 超声波处理
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态转化现象明显； 而 C 稳定性较强，其各化学形态 超声波处理是指利用频率超 过 20 000 H 的声
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的含量处理前后基本保持稳定；其 余 5 种重金属 波在液体中产生空化气泡，利用这些气泡在破裂瞬
（Hg、Cd、Cu、Zn、Ni）在热水解后释放的金属离子 间产生的高温、高压及机械剪切力的作用使污泥絮
与污泥中水解生成的小分子有机物以及硫等配体重 体结构、EP 和细胞壁破裂 。
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新结合，导致其可氧化态含量显著增加。Zhen 等 [21] 有研究者探究了不同声能密度和超声时间对剩
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开展的污泥低温热水解研究显示，Cr、Mn、A 固相 余污泥 中 Cu、Zn、Mn 种重金属迁移转化的影响，
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含量在处理后呈下降趋势，C 的含量则有所上升；
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由于污泥絮体结构 和 EP 被破坏，污泥固相中的重
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热水解处理结束 后 Cr、M 的弱酸提取态含量下降，
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金属部分释放到液相，释放的重金属离子又被吸附
可能是被热水解处理期间产生的挥发性脂肪酸溶
或与有机物重新结合，因 此 Cu、Z 和 M 在污泥中
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解；A 的可氧化态含量降低，残渣态含量则有小幅度
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的含量随处理时间呈现先减小后增大的趋势；形态
上升，可能是由于部分可氧化 态 A 溶解进入液相后
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分析结果表 明 C 和 Z 的有机结合态、硫化物结合
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与 Fe 反应生成不溶 性 FeAsO 。
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4 态和残渣态含量随处理时间（0～20 min）和声能密度
温度是污泥热水解处理过程的关键参数，Wu
（0～2.4 W/mL）的增加而升高，主要是因为部分铁锰
等 [22 ] 考察 了 110～210 ℃ 下污泥热水解过程 中 Cu
氧化物结合态重金属转化为以 上 3 种形态所致 [24-25] 。
和 Z 的迁移转化规律，高温处理下部分吸附于晶体
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2.3 微波处理
表面 的 C 被释放并重新吸附在金属氧化物上，或与
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微波处理是指利用频率 为 300 M～300 GHz，波
来自于污泥细胞破解产生的有机物结合，导 致 C 在
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长 为 0.1 mm～1 m 的电磁波对污泥进行处理，导致
残渣态与可还原态和可氧化态之间转化；随着水解
微生物细胞破裂的方法。
温度进一步提高，大分子有机物分解生成的大量小
Hsie 等 [26 ] 采用微波辐射对污泥进行稳定化处
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分子有机物 与 C 结合，造成可氧化 态 C 含量快速
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理，发现提高微波功率、延长辐射时间或添 加 A 粉
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上升，但温度高 于 170 ℃ 时，氨基化合物和羰基化合
等均能提高微波辐射对污泥 中 C 离子的稳定效果，
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物之间会发 生 Maillar 反应，导致小分子有机物被
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大量消耗，加之高温下水解产生 的 H 会聚集在铁锰 提高微波功率或延长处理时间会提升有机螯合物的
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氧化物表面，阻 碍 Cu 吸附于铁锰氧化物，因此可氧 分解效率，使污泥中的重金属溶出，加 入 A 粉则可
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化 态 C 含量会随温度升高（>170 ℃ 时）呈降低趋 以将微波分解有机物释放出 的 C 离子还原为较为
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势；污泥中残渣 态 C 含量随温度升高逐渐增加。可 稳定的单质或化合物。Che 等 [27 ] 发现加入单质
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氧化 态 Z 含量基本保持稳定，主要是由于污泥细胞 F 可以使污 泥 C 离子的浸出量大幅度降低，从而
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破裂释放的有机物及其降解产物与热水解过程释放 达到稳定 化 C 的目的，F 可以 将 C 离子还原为稳
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的 Zn 反应生成的复合物结构不稳定；而残渣态 定物质，或直接 与 C 离子发生反应生成稳定化合
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Z 含量随着温度升高先降低后增加，主要是由于低 物；同时反应温度升高也可导致污泥中 的 C 离子重
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温时晶格表面的残渣 态 Z 被金属氧化物吸附造成 新结合成稳定化合物。微波辐射还具有一定的热效
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其残渣态含量的降低，而高温下一部分 Zn 会与 应，其对重金属的迁移转化影响与常规热水解类似，
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PO 发生反应，一部 分 Zn 则在高温高压下进入晶 也可在一定程度上实现重金属的稳定化 。
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格中形成难溶物质造成残渣 态 Z 含量的升高；与
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C 类似，Z 的稳定性在较高温度下热水解处理后也 3 化学方法处理污泥重金属迁移转化
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得到增强。 3.1 热解
可见，污泥热水解处理后部分重金属会随着细 污泥热解是指在惰性条件下（无氧或缺氧），对
胞破裂、胞外聚合物（EPS）分解和有机物降解进入 干化污泥进行高温热分解，污泥中的有机物在吸热
液相，但释放的金属离子重新与污泥中的有机物结 与放热反应的驱动下发生热裂解和热化学转化反