0 前言

城市污水廠污泥(以下簡(jiǎn)稱(chēng)城市污泥)主要來(lái)自初沉池和剩余污泥的排放,含有豐富的可以利用的氮、磷多種微量元素和有機(jī)質(zhì),但也含有大量病原體、寄生蟲(chóng)(卵)和一定量的重金屬和多種有毒有害有機(jī)污染物,制約著污泥的資源化利用。我國(guó)年產(chǎn)干污泥量約為5.0×109kg,且呈不斷上升趨勢(shì)。采用焚燒法處理污泥能最大限度減容、減量化，而且處理速度快，完全滅殺病原物，使有毒污染物被氧化，污泥灰渣中的重金屬活性較污泥中要低得多，并可使空氣凈化設(shè)備排放氣體達(dá)標(biāo)，同時(shí)污泥燃燒產(chǎn)生熱能可發(fā)電[1]。

本文選取城市污泥，對(duì)其焚燒后的灰渣進(jìn)行了X 射線衍射(XRD) 、X 射線熒光分析(XRF) 和電鏡分析（SEM）,并對(duì)結(jié)果作了進(jìn)一步的分析。

1 原材料來(lái)源及實(shí)驗(yàn)方法

本文選取的城市污泥來(lái)源于北京某污水處理廠。

本文采用以下實(shí)驗(yàn)研究污泥隨焚燒溫度和焚燒時(shí)間的變化：將污泥樣品充分脫水，再將其取出碾碎，經(jīng) 80目篩子(孔徑0.198mm )篩分，稱(chēng)重后放入箱式電阻爐加熱，試驗(yàn)溫度分別設(shè)定為500℃、600℃、700℃、800℃和900℃，對(duì)污泥灼燒1小時(shí)后再取出稱(chēng)重。另外，為研究焚燒時(shí)間對(duì)污泥的影響，在焚燒溫度為900℃的工況時(shí)，設(shè)定污泥的焚燒時(shí)間分別為30min、60 min、120 min進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在不同的焚燒溫度和焚燒時(shí)間分別計(jì)算其減重率。并通過(guò)X 射線衍射分析(XRD)、X 射線熒光分析(XRF) 和電鏡分析（SEM）對(duì)焚燒灰的成分、組成和形貌進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 焚燒溫度和焚燒時(shí)間對(duì)污泥失重率的影響

本文采用污泥的減重率表示污泥的失重隨焚燒溫度和焚燒時(shí)間的變化。污泥的減重率是指焚燒過(guò)程中污泥的重量變化與污泥原始重量的比值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖1-圖2。

圖1 不同溫度下城市污泥的失重變化

圖2 不同焚燒時(shí)間下城市污泥的失重變化

由圖1可知，隨著焚燒溫度由500℃升高到700℃，污泥的減重率也相應(yīng)地提高。但溫度超過(guò) 700℃之后減重率的增幅明顯變小，這主要是因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)污泥中的水分、揮發(fā)份析出、易揮發(fā)的金屬揮發(fā)和一些可燃有機(jī)質(zhì)的熱解和燃燒造成了污泥的失重。在較高焚燒溫度下，減重率增幅減小，可能是因?yàn)槲勰鄻悠分胁糠治镔|(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生了反應(yīng)，生成了穩(wěn)定的氧化物不再析出。

由圖2可知，在相同的溫度900℃下，隨著焚燒時(shí)間的增加，城市污泥的減重率隨時(shí)間先減小后增加，當(dāng)焚燒時(shí)間超過(guò)60min之后,減重率有明顯的提高，這可能是因?yàn)槲勰嘀幸恍┑蜏貢r(shí)較穩(wěn)定的礦物發(fā)生分解造成的，同時(shí)也與一些溫度較低時(shí)基本不析出的高沸點(diǎn)重金屬元素如Zn，Pb等逐漸析出也有一定關(guān)系[2]。

2.2溫度對(duì)污泥焚燒灰渣組成的影響

2.2．1 溫度對(duì)污泥焚燒灰渣礦物組成的影響

本文對(duì)500℃、700℃和900℃焚燒一小時(shí)的污泥灰渣進(jìn)行XRD分析，觀察各組分在焚燒灰渣中存在的物相，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同溫度下城市污泥的礦物組成

由圖3可知，溫度為500℃時(shí)，污泥焚燒灰渣中的主體成分是SiO2、CuS和Ca(Mg0.67Fe0.33)CO3，由于碳酸鹽的不穩(wěn)定，當(dāng)溫度升高到700℃時(shí)，已經(jīng)檢測(cè)不到Ca(Mg0.67Fe0.33)CO3，說(shuō)明碳酸鹽已經(jīng)發(fā)生了分解。K(AlSi3O8)和CaAl2Si2O8在500℃時(shí)能檢測(cè)到，但到了700℃時(shí)就檢測(cè)不到了，說(shuō) 明它們只能在低溫時(shí)穩(wěn)定存在，當(dāng)溫度升高到700℃時(shí)已經(jīng)完全分解了。在全部工況下所得的灰渣中，SiO2都是其中的主要組成部分，而且CuS也一直存在于所有工況下所得的污泥灰渣中。當(dāng)溫度達(dá)到900℃時(shí)基本沒(méi)有新的物質(zhì)形成，在700℃時(shí)存在的 CaMgV2O7、(K0.22Na0.78)(AlSi3O8)和Na8[AlSiO4]6[B(OH)4]2這些物質(zhì)在900℃時(shí)依然能檢測(cè)到，說(shuō)明它們比較穩(wěn)定。 Cr元素及其化合物一直是人們關(guān)注的對(duì)象。劉剛[2]在污泥焚燒灰渣的研究中發(fā)現(xiàn)Zn和Cr2O3在500℃、700℃焚燒溫度下，比較容易以ZnCr2O4的形式存在，但在本文的研究中未能檢測(cè)到，可能的原因就是Cr元素在污泥中的含量太少，致使污泥灰渣中檢測(cè)不出ZnCr204。

2.2.2溫度對(duì)污泥焚燒灰渣化學(xué)組成的影響

通過(guò)X射線熒光分析方法了解污泥在焚燒過(guò)程中化學(xué)組成發(fā)生的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖4。

圖4 不同溫度下渣中化學(xué)組成的變化

由圖4可知，在焚燒的過(guò)程中，城市污泥中的水分和有機(jī)質(zhì)含量有所大量減少，致使城市污泥焚燒灰中無(wú)機(jī)成分的含量有所增加，SiO2、P2O5、MgO和K2O等的含量有所增加， SiO2的含量是最多的，結(jié)合圖3可知主要是因?yàn)橐恍┰诘蜏乇容^穩(wěn)定的鹽在高溫發(fā)生了分解，而CaO、Al2O3、Fe2O3等的含量沒(méi)有明顯變化。

2.3污泥焚燒過(guò)程結(jié)構(gòu)分析

為了更好的說(shuō)明焚燒溫度對(duì)污泥灰渣結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)不同溫度的污泥焚燒灰渣進(jìn)行掃描電鏡分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5所示。

圖5 不同溫度下城市污泥掃描電鏡分析

由圖5可知，隨著焚燒溫度的提高，一些污泥大顆粒分解為小顆粒，使得污泥的細(xì)顆粒增多，比表面積增大。電鏡照片也逐步呈現(xiàn)疏松狀，說(shuō)明其中的有機(jī)成分也已經(jīng)開(kāi)始分解，污泥中的揮發(fā)分和氣體逐漸析出，在灰渣表面形成孔隙和氣孔。由圖3可知，Ca(Mg0.67Fe0.33)CO3 在500℃時(shí)還能檢測(cè)到，到700℃時(shí)已經(jīng)不存在了，發(fā)生了分解，由此也驗(yàn)證了污泥焚燒灰中出現(xiàn)的眾多氣孔。

3結(jié)論

（1）污泥在低溫時(shí)失重較為明顯，主要是水分、揮發(fā)份、有機(jī)質(zhì)燃燒以及一些氣體的逸出造成的，高溫時(shí)減重趨勢(shì)趨于平緩，主要是因?yàn)楦邷貢r(shí)生成了穩(wěn)定的氧化物不再析出。

(2) 由于城市污泥中的有機(jī)質(zhì)在焚燒過(guò)程中消耗掉，致使無(wú)機(jī)成分有了相應(yīng)地提高。SiO2、 P2O5、MgO和K2O等的含量有所增加，主要是因?yàn)橐恍┰诘蜏乇容^穩(wěn)定的鹽在高溫發(fā)生了分解，而CaO、Al2O、 Fe2O3等的含量沒(méi)有明顯變化。

（3）隨著焚燒溫度的升高，污泥的細(xì)顆粒增多，比表面積增大，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)疏松狀態(tài)，并在灰渣表面形成孔隙和氣孔。

參考文獻(xiàn)

1 Werther J ,Ogada T , Sewage sludge combustion. Progress in Energy and Combustion Science ,1999,25:55

2 劉剛.典型危險(xiǎn)廢棄物回轉(zhuǎn)窯熱處置特性和技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2006

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