Page 325 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 路瑞娟等：城市污泥处理过程中重金属迁移转化特性研究进展 · 321 ·

应，有机物大分子化学键断裂，转变成为各种形态的 3.1.4 温度对热解过程中重金属迁移转化的影响
碳氢化合物 [29-30] 。 Ji 等 [35 ] 发 现 Cu、Zn、Pb、Cr、Mn、N 在污泥
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3.1.1 常规热解重金属迁移转化特性 热解残渣中的含量会随热解温度的升高而增加，原
G 等 [29 ] 对污泥热解后发现其 中 Cu、Ni、Z 和 污泥中重金属绝大部分（>82.5%）以非稳定态的形式
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P 的浓度均得到不同程度的提升（1～ 倍），而 存在，其 中 Cu、Ni、Pb、Z 主要以可还原态形式存
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C 的浓度降低，主要是由 于 C 的熔沸点较低，高温 在，热解后主要转化为可氧化态，C 和 r M 的弱酸提
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热解使部 分 C 挥发到气相；Z 和 N 的弱酸提取态 取态、可还原态及可氧化态含量随热解温度的升高
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和可还原态含量减少，同时可氧化态和残渣态含量 而增加，残渣态含量则相应减少。L 等 [36 ] 也发现，
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相应增加，主要是由于热解后污泥的表面官能团活 随温度升高，Z 和 A 的弱酸提取态和可还原态含
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性增强，易与重金属进行结合；C 和 P 的残渣态含 量呈下降趋势。
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量增加，可还原态含量减少，重金属稳定性均得到提 热解后污泥总固体含量大幅下降，大部分重金
升。污泥热解后以弱酸提取态和可还原态形式存在 属会残留在固相产物中，所以热解会导致产生的固
的重金属会向更加稳定的形态转化，在较高温度下 相产物中重金属浓度不同程度地升高，但热解可以
（≥300 ℃），由于有机物与硫化物的分解，以可氧化 显著提升稳定态重金属占比，有效降低重金属潜在
态形式结合的重金属也会向残渣态转化，重金属的 的生态风险水平 [37-38] 。
稳定性得到提升 [30] 。Zha 等 [31 ] 发现脱水污泥和厌 3.2 酸处理
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氧消化污 泥 550 ℃ 热解后，污泥中重金属（Cr、Ni、 污泥酸处理包括无机酸处理、有机酸处理和混
Cu、As、C 和 Pb）浓度均有不同程度的增加，且从 合酸处理等，该过程可以水 解 EP 和破坏微生物细
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不稳定态向稳定态转化，热解后污泥潜在生态风险 胞， 而 EP 中多糖和蛋白质表面的羟基、羧基和磷
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显著降低。 酰基等可以吸附或螯合金属离子，EP 的破坏往往
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3.1.2 不同来源污泥热解过程重金属迁移转化特性 伴随着重金属离子的释放 [39] ，同时部分重金属的碳
关若楠等 [32 ] 发现在温度达 到 600 ℃ 以上时，脱 酸盐、氧化物、氢氧化物和铁锰氧化物结合态在酸
水污泥热解残渣中 的 Cu、Zn、Cr、P 均得到不同程 性条件下可被转化为离子态转移至液相。
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度的富集， 而 C 由于其熔沸点低，温度过高会导致 李印霞等 [40 ] 考察了混合无机酸对污泥中重金属
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污泥 中 C 的挥发，致 使 C 的浓度降低；在一定的热 溶出的效果，发现 当 HC 与 l HNO 摩尔比 为 2: 时，
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解温度下，Cu、Zn、Cr、Pb、C 的残渣态含量均显著 混合酸对重金属的溶出效率最高；酸浸前期，污泥中
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增加，稳定性得到提升。于晓庆等 [33 ] 对比了污水污 可交换态和碳酸盐结合 态 Pb、Cd、Cu、Mn、Z 迅速
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泥和厌氧消化污泥低温热解前后重金属的迁移转化 溶出迁移至液相，但铁锰氧化物结合态 的 Pb、Zn、
现象，消化污泥热解炭中的重金属浓度约为污水污 C 和 C 溶出速率较慢。重金属溶出主要受到酸浓
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泥热解炭中 的 1. 倍，出现这种现象是由于厌氧消化 度、投加量、反应时间和处理温度等因素的影响。
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后污泥有机质含量大大降低，重金属含量相比于生 Styliano 等 [41 ] 考察 了 H SO 处理污泥过程中重金
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污泥有较大提升；热解可显著提 高 2 种污泥中重金 属的溶出和形态变化，发 现 Ni、Cu、Cr、Z 均被大量
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属的稳定性，但由于厌氧消化污泥中重金属的硫化 去除， 但 P 的去除率仅 有 11%；Z 和 N 除弱酸提
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物结合态增加，其热解炭中部分重金属可氧化态含 取态含量上升外，其余形态含量均降低；Cu、Cr、
量显著高于污水污泥热解炭。 P 的可氧化态含量减少，可还原态含量增加，这可能
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3.1.3 微波热解对重金属迁移转化的影响 是由于与有机物结合的重金属被氧化所致，经酸处
Li 等 [34 ] 研究发现，微波热解污泥过程中部分重 理后的污泥中有机物含量降低也可以印证这一假
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金属转移至热解油，大部分重金属存在于热解生成 设，但是在酸处理初期或低浓 度 H SO 处理的情况
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的生物炭中，其浓度均有一定程度的提升；Cu、Ni、 下这种现象并不明显，主要是因为重金属与腐殖酸、
Z 和 A 的弱酸提取态含量减小， 但 Cd、Pb、C 的 富里酸等的结合较为稳定。
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弱酸提取态含量略有增加；热解后大部分重金属（除 相比于无机酸，有机酸处理具有条件温和及环
Z 外）的残渣态绝对含量有所提高；As、Z 残渣态 境友好等优势。寇莹莹等 [42 ] 考察了单独谷氨酸和谷
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占比在热解后降低，这主要是因为高温使重金属晶 氨酸与柠檬酸混合后对污泥中重金属的溶出效果，
体结构被破坏，导致部分残渣 态 A 和 Z 转化为不 结果表明使用谷氨酸单独对污泥进行处理时，对除
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稳定态。 P 外的重金属均有较好的去除效果；谷氨酸和柠檬
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