李 貞 張麗梅 何宗良

（云南省固體廢物管理中心 昆明 650032）

1 引言

鉛鋅冶煉過程產(chǎn)生的酸性含重金屬廢水一般采用中和沉淀法進(jìn)行處理，產(chǎn)生大量的含有鉛、汞、鎘、鉻、砷等重金屬元素的鉛鋅冶煉廢水處理污泥，對環(huán)境具有很大危害[1]。該污泥中有價(jià)金屬品位含量低，利用傳統(tǒng)技術(shù)回收有價(jià)金屬經(jīng)濟(jì)效益差、環(huán)境污染嚴(yán)重，導(dǎo)致綜合利用率不高，目前主要采用堆存、填埋、固化等方式進(jìn)行處置，不僅造成資源的浪費(fèi)和流失，且對土壤和地下水的安全造成隱患[2]。提取有價(jià)金屬及其它組分是污泥資源化利用的重要途徑，主要有火法和濕法兩種方式[3]?；鸱ㄌ幚聿捎没剞D(zhuǎn)窯、蒸餾爐、豎爐工藝，使污泥中的鉛、鋅還原揮發(fā)生產(chǎn)次級氧化鋅粉，缺點(diǎn)是需另外建設(shè)設(shè)備，且煙氣中有硫排放，部分鉛、鎘、鋅會揮發(fā)逸散；濕法處理充分利用原有設(shè)備和適當(dāng)增加同類設(shè)備，回收率高，缺點(diǎn)是產(chǎn)生的二次污泥中仍然含有大量不穩(wěn)定的重金屬組分[4]，不能直接堆放或棄置，須進(jìn)一步無害化處理。現(xiàn)有處理技術(shù)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥中重金屬的資源化和無害化，開發(fā)新工藝是解決污泥污染防治問題的有效途徑。

微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，廣泛應(yīng)用在材料科學(xué)、食品加工、有機(jī)合成等方面，具有加熱速度快、加熱均勻、能源利用率高、溫度梯度小等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到環(huán)境污染的治理領(lǐng)域，如有機(jī)物污染土壤修復(fù)、污水處理、重金屬污泥解、放射性廢物玻璃化、醫(yī)療廢物處置、焚燒飛灰處置及廢氣脫硫脫硝等[5]。微波處理后固體殘?jiān)念惒ＡЩ|(zhì)有利于阻止重金屬浸出，微波處理污泥穩(wěn)定重金屬的效果更加理想，且減少了污泥的體積，給后續(xù)處理帶來了便利[6-9]，相較傳統(tǒng)方法，微波技術(shù)有效地減少處理時(shí)間以及節(jié)省能源，具有能源利用率高、加熱效率高、對環(huán)境友好等環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢。本研究采用微波工藝處理污泥，探索污泥的資源化和無害化處理新工藝研究，為鉛鋅冶煉廢水處理污泥處置提供新方法路徑。

2 樣品與試驗(yàn)

2.1 樣品

污泥樣品采自云南省某鉛鋅金屬冶煉企業(yè)，樣品元素成分見表1。

表1 污泥成分分析表(%)

2.2 試劑與設(shè)備

試劑：Fe3O4，分析純；SiC，分析純。

主要設(shè)備：HY-GW6013微波實(shí)驗(yàn)工作站（湖南華冶微波科技有限公司，輸出功率0.01～5.60KW、輸出頻率2.45GHz±25MHz、極限工作溫度1500℃、額定工作溫度1400℃、微波泄漏強(qiáng)度≤2mW/cm2、外形尺寸1200mm×1400mm×1600mm、加熱空間160mm×160mm×150mm）；XPF型圓盤粉碎機(jī)（長沙順澤礦冶機(jī)械制造有限公司）；Z06型全自動翻轉(zhuǎn)式振蕩器、JRY-S06型水平振蕩器、Reax 20/4型翻轉(zhuǎn)振蕩器（湖南金蓉園儀器設(shè)備有限公司）；Optima 7000DV電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（美國PerkinElmer公司）；LT1002電子天平（常熟市天量儀器有限責(zé)任公司）。

2.3 試驗(yàn)方法

污泥干燥微波輸出功率為1200W，干燥時(shí)間為15min；輔料干燥微波輸出功率為500W，干燥時(shí)間為8min。干燥后的污泥和輔料球磨后過180目篩，篩下物與Fe3O4比按質(zhì)量比460/40進(jìn)行配料，與SiC比按質(zhì)量比475/25進(jìn)行配料。對配料后的物料采用微波加熱并攪拌，攪拌速率為180rmp，微波輸出功率為5.5kW，反應(yīng)器內(nèi)溫度為1000-1200℃，產(chǎn)生的煙塵采用重力沉降室和小型布袋收集。

3 結(jié)果與討論

3.1 焙燒渣浸出毒性分析

對微波處理后的污泥焙燒渣進(jìn)行浸出毒性分析，焙燒渣浸出液中各種重金屬含量和pH分析檢測結(jié)果見表2。

焙燒渣浸出液中各種重金屬檢測因子均未超過《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB/T5085.3-2007）濃度限值；pH值未超過《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)腐蝕性鑒別》（GB/T5085.1-2007）濃度限值。焙燒渣的浸出液各項(xiàng)重金屬濃度和pH值均低于危險(xiǎn)廢物標(biāo)準(zhǔn)，屬一般工業(yè)固體廢物，可直接堆放或用于生產(chǎn)，經(jīng)微波高溫處理焙燒后可顯著降低污泥中有害元素對環(huán)境的影響。

3.2 物料表面形貌SEM分析

對污泥微波焙燒處理前后的物料表面形貌進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）分析，不同處理?xiàng)l件下污泥SEM圖像見圖1、圖2、圖3。

表2 焙燒渣浸出液檢測結(jié)果（單位：mg/L、pH無量綱）

圖1 污泥原樣SE M

圖2 污泥/Fe3O4混合物料SEM（焙燒溫度1000℃，放大倍數(shù)5000倍）

圖3 污泥/SiC混合物料SEM（焙燒溫度1200℃，放大倍數(shù)5000倍）

污泥原料為表面光潔的菱形或方形的片狀物，微波高溫處理使得污泥的表面形貌發(fā)生了巨大的變化。添加Fe3O4污泥焙燒渣表面凹凸不平，為團(tuán)聚在一起的球形顆粒，并有大量的空隙分布在顆粒的表面，這種變化可能和高溫條件下污泥分解時(shí)發(fā)生的反應(yīng)有關(guān)。添加SiC污泥焙燒渣表面圓滑有光澤，物料呈小圓球形狀團(tuán)聚在一起，溫度越高，團(tuán)聚越緊湊，碳化硅的加入使得微波介質(zhì)內(nèi)的傳熱效率更高，鉛鋅污泥焙燒揮發(fā)更完全，碳化硅對微波介質(zhì)內(nèi)鉛鋅污泥焙燒過程的促進(jìn)作用顯著。

3.3 有價(jià)金屬回收分析

通過微波處理使得污泥中鋅、鉛等有價(jià)金屬以氧化物顆粒的形式揮發(fā)出來進(jìn)入煙塵中，煙氣進(jìn)入重力沉降箱（沉降箱表面設(shè)置散熱瓷片）冷卻、沉降（溫度低于110℃）后經(jīng)小型布袋收塵外排，煙塵主要成分含量為見表3。

表3 煙塵主要成分含量（%）

單次投料1kg，收集煙塵重量為48.74g，煙塵中的有價(jià)金屬含量高，鋅回收效率為95%。1kg污泥微波處理電耗為4.5kW·h，按單位電價(jià)0.5元/kW·h計(jì)算，每噸污泥處理電價(jià)成本為2250元。污泥單獨(dú)處理，按投入污泥平均含鋅7%、回收率88%計(jì)算，每噸污泥處理后氧化鋅煙塵含鋅金屬為0.0616噸，噸鋅生產(chǎn)成本為3.65萬元。污泥搭配氧化鋅礦處理，按入爐物料含鋅品位13.28%計(jì)算，氧化鋅煙塵含鋅金屬0.116864噸，噸鋅生產(chǎn)成本為1.92萬元；當(dāng)入爐物料含鋅品位為19.69%時(shí)，金屬鋅價(jià)按2.2萬元/t計(jì)，可實(shí)現(xiàn)微波焙燒方式的盈虧平衡，即產(chǎn)品價(jià)值和處理成本相等。

4 結(jié)論

采用微波處理工藝可以有效縮減污泥干燥時(shí)間，提升干燥效率，并且通過預(yù)處理可去除水分，對物料進(jìn)行預(yù)熱，可以保證有價(jià)金屬的回收效率、工藝的穩(wěn)定性和避免微波爐和收塵設(shè)備腐蝕。污泥經(jīng)微波焙燒后焙燒渣浸出液各項(xiàng)重金屬元素濃度均低于危險(xiǎn)廢物標(biāo)準(zhǔn)，屬一般工業(yè)固體廢物，可直接堆放或用于生產(chǎn)，微波處理可顯著降低污泥中有害元素對環(huán)境的影響，為鉛鋅冶煉行業(yè)污泥處置提供了一種新的資源化處理途徑。但微波處理污泥較高的能耗降低了該工藝的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)含鋅品位為19.69%時(shí)才能實(shí)現(xiàn)盈虧平衡，微波工藝不適用于處理有色金屬元素含量低的污泥。