污泥焚烧的重金属控制技术

焚烧厂排放尾气中所含的重金属量与污泥组成、性质、重金属存在形式、焚烧炉的操作及空气污染控制方式有密切关系。去除尾气中重金属污染物的机理有：a.重金属降温达到饱和，凝结成粒状物后被除尘设备收集而得以去除；b.饱和温度较低的重金属元素虽然无法完全凝结，但飞灰表面的催化作用会使重金属形成饱和温度较高且较易凝结的氧化物或氯化物，从而被除尘设备收集而得以去除；c.仍以气态物存在的重金属物质，因吸附于飞灰或喷入的活性炭粉末上而被除尘设备收集而得以去除；d.部分重金属的氯化物为水溶性，即使无法依靠上述的凝结及吸附作用来去除，也可以利用其溶于水的特性，由湿式洗涤塔的洗涤液自尾气中吸收下来而得以去除。

国内外对于由于焚烧引起的重金属污染的控制技术，可分为焚烧前控制、焚烧中控制以及焚烧后控制3个方面。

（1）焚烧前控制

焚烧前控制的最主要的方法就是从来源上减少，即在重金属进入市政污水排放系统前就减少。污泥中重金属主要来源于工业用水、城市生活用水、地表运动、排水设施等。如由英国环境署所统计的数据表明，严格控制行业排污系统的标准，促使各行业控制商业排水，减少排放废水的量，同时改进制造工业的用水工艺，从而使得排放到下水道中的重金属含量减少，在1982～1992年间，使污泥中的锌、铜、镍、镉、铅、铬的含量降低了26%～64%。对于来源于工业生产过程中的污泥，可通过工艺改造来降低污泥中重金属含量，如在Norddeutsche Affinerie 公司，欧洲最大的铜冶炼厂，通过投资改进工艺，使灰尘和铁颗粒降低了58%，铅和SO2的排放分别减少80%和87%。

（2）焚烧中控制——重金属的捕获技术

根据挥发-冷凝机理，金属在离开炉膛后将经历冷凝过程，当温度低于重金属露点温度时，金属会发生同类核化（形成重金属颗粒）或异相吸附（富集在飞灰颗粒上），其颗粒的大小取决于到达露点温度后的滞留时间。一般情形下，颗粒直径很小，尤其是对于金属的同类核化（<1μm）。常规的颗粒捕获设备对主要的微量元素如Sb、Be、Cd、Cr、Co、Pb、Mn 等能有效捕集，且捕集率超过95%。而对于大部分富集在微小颗粒中或者以气体形式出现的Hg、As、Se 等元素，捕集效率则很低。这些富集了有毒金属的微小颗粒将被排到大气中而污染大气环境，或最终被人类吸入体内而损害人体健康。

当金属碰到其他灰颗粒（典型的为吸附剂）时，两者相互作用，形成了有利于被捕集的金属化合物或络合物，从而避免了成核过程。

目前焚烧系统重金属排放的控制是使用传统的除灰装置，如文丘里除尘器、静电除尘器以及湿式电离除尘器。大部分固体废弃物和污泥焚烧电厂用静电除尘设备来控制飞灰排放，除尘效率一般需在99%以上，才能保证焚烧的飞灰达到排放控制要求。某些情况下，在除尘设备前安装旋风分离器分离粗颗粒，以减少粗颗粒对余热锅炉、热交换器、风机等设备的磨损。静电除尘器和洗涤设备的联合使用可以使烟气中的粉尘排放完全达标。因此，控制气态重金属排放的措施是强化除尘器的除尘效率。

（3）焚烧后控制——灰处理技术

基于上述讨论，控制烟气中重金属排放的技术已逐渐转向怎样有效地将飞灰除去。在越来越严厉的颗粒物排放浓度标准限定下，重金属的问题正由空气污染问题转变成含重金属灰污染的处理。

由于污泥焚烧中的灰分含有高浓度的重金属，必须以特殊的填埋法进行填埋堆放。由于重金属可溶解和过滤，污染周围环境水体，故重金属溶解是非常危险的。在欧洲目前有三种填埋法，它们分别针对惰性废弃物、无危险的废弃物和危险的废弃物，具体填埋方式依据填埋废弃物中重金属的浓度而定。MSW流化床焚烧试验表明，底层灰分是惰性的，旋风分离器灰分是无危害的，布袋式过滤器中的灰分是有危害性的，它们的重金属浓度也依次增加。

由于重金属的溶解和过滤会污染周围环境，而污泥的高温焚烧可以解决重金属的渗流问题，高温条件下形成的灰分是一种熔融状态，其中的重金属受到约束，渗滤性能将下降，从而可以在建筑行业进行再利用。在这方面日本走在前列。采用技术包括熔融物和熔渣的分离，灰分的粒化，重新回炉生成空隙以形成轻质混凝料，通过加压焙烧制造建筑用砖，也可以通过与石灰石在1450℃下退火生产陶瓷玻璃。

利用固体废弃物焚烧炉（MSW炉）混合焚烧固体废弃物与污泥，不会使灰分质量变差，因为固体废弃物中的重金属浓度与污泥相当甚至更高。或者利用污泥制砖时，重金属被固定在砖块中而不会渗滤，而在混合烧结过程中来源于污泥中的重金属被粒子吸收并经静电除尘器分离后返回炉窑。