超临界水气化技术处理脱水污泥 会带来哪些影响？

北极星环保网讯:为探究超临界水气化前后脱水污泥中重金属的变化及生态风险,从重金属(Ni、Cu、Zn、Pb、Cr)的含量、化学形态分布及浸出毒性等多方面出发,利用地层累积指数(Igeo)、潜在生态风险指数(RI)和风险评估指数法(RAC)对江苏地区10种不同种脱水污泥超临界水气化前后重金属的环境生态风险进行综合评价.

结果表明:不同污水厂脱水污泥经超临界水气化处理后,绝大部分污泥中重金属浸出毒性和生物可利用组分重金属含量明显降低,即处理后重金属的直接环境风险大大降低.不同重金属含量的脱水污泥经超临界水气化处理后,重金属环境污染程度及潜在生态风险程度显著降低,环境风险值被降至相对安全水平,对环境表现出低风险或无风险.

pH值在一定程度上影响处理后污泥中重金属的环境风险.超临界处理时,污泥的pH呈现酸性时会引起反应釜腐蚀,从而导致固相残渣中Ni、Cr的生物可利用组分含量增加,当pH呈现碱性时则更利于重金属以稳定形态富集到固相产物中.

城镇污水厂产生的脱水污泥作为废弃生物质，含有大量的有机物及丰富的氮磷营养盐，目前对其进行资源化利用的探讨已较多.超临界水气化进料因无需干燥处理可节约成本，且超临界水能在一定程度上抑制反应中焦油、焦炭的生成，从而实现有效产氢，因此，超临界水气化技术备受研究人员的关注.

目前，关于污泥超临界水气化处理的研究主要集中在产氢效率和产氢量等方面.然而，污泥成分复杂，含有各种污染物，尤其是其含有的重金属在超临界水气化处理后是否存在二次污染问题同样需要关注.Xu等(2011)实测了含水率为80%的脱水污泥超临界水气化前后重金属的性质，明确了反应后重金属富集到固相残渣中，形态整体趋于稳定态.

Zou等采用超临界水氧化处理皮革污泥并回收其中高含量的Cr，发现绝大部分(达98%)的Cr富集到固相中并趋于稳定.已有研究表明，超临界水气化处理后污泥中绝大部分重金属进入到固相并发生富集现象，形态由不稳定态趋于稳定态，重金属环境安全性增加.

由于污水来源及处理工艺的影响，污泥中组成成分及自身理化性质如有机质含量、pH等差异较大.污泥性质的差异在一定程度上可影响超临界水气化过程中重金属行为.

Huang等(2011)在液化处理污泥过程中发现，固相残渣中重金属的可迁移性低于原泥，可能是由于固相残渣的理化性质(pH、有机质)与原泥相比差异明显，且液化过程能促进不稳定态重金属发生热化学转化趋于稳定态.

Jin等(2010)在超临界水气化处理焚烧飞灰过程中添加碱性化合物探究重金属的稳定化效果，发现添加碱性化合物可以抑制重金属离子溶于水，且反应过程中合成的铝硅酸盐对重金属有截留、吸附的作用.

不同种污泥由于污水来源及雨水混入的影响，造成所含的重金属种类、含量及赋存形态大相径庭，因此，不同种脱水污泥超临界水气化处理后残留在固相产物中的重金属在后续利用、处置中是否存在二次污染问题尚不能定论.

在评价重金属风险过程中，评价重金属生物利用度和生态毒性的方法——地层累积指数(Igeo)、潜在生态风险指数(RI)、风险评估指数(RAC)，不仅适用于土壤、沉积物、道路砂石的评价，也适用于污泥尤其是在采用污泥改良或修复土壤过程中的评价.

基于此，本文从重金属的含量、化学形态分布及浸出毒性等多方面出发，采用以上评价方法对10种源自不同污水厂的污泥超临界水气化处理前后固相产物中重金属的环境生态风险进行综合评价，探讨超临界水气化处理前后污泥中重金属的生态风险及对环境污染程度的变化，以期为超临界水气化技术处理污泥提供一定的理论依据.

材料与方法

2.1试验材料

试验中用的污泥是10种来自江苏省不同污水厂的脱水污泥(编号为S0~S9)，污泥从脱水机房采集后放置在保鲜盒内带回实验室，置于冰箱内保存(0~4℃)至试验使用.采用部分污泥经干燥、碾磨过100目筛处理后进行有机质、pH等性质的测定，脱水污泥性质及重金属含量见表1.

试验中主要测定7种常见且毒性较强的重金属(Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As)含量，其中，Cd、As出现在多数污泥与固相残渣中未检出的结果，且数据波动较大.由于这两种重金属检测数据存在一定问题，本文评估中不将其作为对象考虑.本次实验中选取的10种污泥重金属含量范围对于江苏省城市污泥具有一定的代表性(郑翔翔等，2007).

表1污泥样品理化性质