【72变】各种污泥中汞的存在形态

3 结果与讨论

表 1列出了不同类型新鲜污泥的基本特征参数与汞含量.从表  1可以看到，在3种被试污泥中，市政污泥和造纸污泥呈中弱碱性，印染污泥呈碱性，有机质含量排序为：市政污泥>造纸污泥>印染污泥，而硫(S)的含量排序为：造纸污泥>印染污泥>市政污泥.汞在污泥中的含量，市政污泥最高(1.527  mg ˙ kg-1)，其次为印染污泥(0.368 mg ˙ kg-1)与造纸 污泥(0.171 mg ˙  kg-1)，前者分别为后者的4.1倍和8.9倍.通过数值分析可知，污泥中汞的含量与pH值及有机质和S含量之间不存在线性相关性，这说明污泥中汞含量的多少主要决定于污水的性质.市政污泥中汞含量较高与市政污水来源多样有关，因为市政污水除了城市生活污水外，还包括了部分工业污水和地表径流，这些污水中的汞可以来源自一些涉汞工业，以及电池、水银温度计和日光灯管等;煤炭燃烧使大量的汞排放到大气中，大气中的汞也会随着降水通过地表径流最终汇入城市污水处理厂.造纸厂中的氯碱车间会产生含汞的废水，从而使造纸污泥中含有一定量的汞.印染污泥中汞与含汞染料(HgS)或汞触媒的使用使得印染废水中含汞有关.

表1 三种污泥的基本特征参数与汞含量

3.1 污泥中汞含量随含水率的变化

图 2显示了在100 ℃干化温度下污泥中汞含量随含水率的变化.从图  2中可以看到，随着污泥含水率的下降，汞的含量呈现出增加的趋势.然而，将不同含水率转换为干基时计算汞含量，不同含水率污泥的干基汞含量基本保持不变，仅有微小的波动，经过计算得到的干基平均汞含量分别为：市政污泥7.64  mg ˙ kg-1，印染污泥1.94 mg ˙ kg-1，造纸污泥0.65 mg ˙ kg-1.比较新鲜污泥和污泥干化至含水率为5%时干基中汞的含量(表 2，图  2)，两者是非常接近的.这说明了污泥在100  ℃下进行低温干化，虽然污泥中汞含量随污泥的体积变化而发生变化，但污泥中原始汞的总量却基本保持不变，表明污泥在低温干化过程中，水分蒸发并没有使汞析出.这个实验结果在说明污泥中的汞不溶于水的同时，指示了污泥中汞的存在与液相无关，仅与污泥的含固率相关联.

图 2 污泥中汞含量随含水率的变化

污泥在100  ℃下进行干化，污泥中原始汞的总量基本保持不变，表明污泥中不存在零价态的汞.这与土壤中所含的汞有所不同，土壤中的汞可以以零价形式存在，这是由于从氧化态汞被还原为零价态汞的过程，最为关键的影响因素是光照条件，土壤具备零价态汞的形成条件，而不同类型的污泥在形成过程中，没有足够的光照条件会导致氧化态汞还原成零价汞，即使最初有零价汞进入污泥，但因为零价汞在1个大气压下的蒸气压仅为0.27  Pa(室温，25 ℃)，也会迅速地挥发.

表2 不同含水率污泥中的汞含量

3.2 干化温度对污泥汞含量的影响

图 3显示了污泥中汞含量随干化温度的变化.从图 3可以看到，在干化温度为100~200  ℃的条件下，3种污泥中汞含量随着干化温度的增加，呈现出缓慢下降的趋势，在200  ℃干化温度下，市政污泥、印染污泥和造纸污泥中干基汞含量分别为7.344、1.860和0.561 mg ˙ kg-1，相对于100  ℃下干基汞含量，汞的残留率分别为97.7%、89.6%和92.6%.这表明在该温度区间内，污泥中的汞基本是稳定的，只有极少部分汞挥发.已有的研究也表明，污泥在200  ℃下进行干化，释放的气体除了极大部分水蒸气外，只有极少量的有机气体，污泥中绝大部分有机物不会被破坏，汞的化合物也基本不分解，因此，污泥中的汞析出也较少.

图 3 污泥中汞含量随干化温度的变化

当干化温度在>200~300 ℃的条件下，3种污泥中的汞含量均出现大幅度地下降，在干化温度为300  ℃时，市政污泥、印染污泥和造纸污泥中干基汞含量分别为1.009、0.140和0.107 mg ˙ kg-1，相对于100  ℃下干基汞含量，汞的残留率分别为13.4%、6.7%和17.7%.这表明在该温度区间内，污泥中的汞是不稳定的，随着污泥中有机物开始发生大量的热解，使得污泥中一部分汞的化合物分解，这必然导致汞的大量析出.当干化温度大于400  ℃时，污泥中几乎所有的汞全部析出，这是污泥中汞的附着体消失的必然结果，因为在这样的高温下，污泥中的全部有机物及汞的化合物(如HgS)均发生了热解.