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污泥水热炭中磷及主要伴生金属元素浸出效果

456   编辑：中冶有色网   来源：重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，成都市自来水有限责任公司  
2025-09-03 15:29:27
污泥作为污水处理的副产物，包含大量不溶性和被吸附的可溶性杂质，若这些物质进入生态系统，将威胁人类健康和生态环境安全。根据《全国环境统计公报(2019年)》，污泥产量为1457.6×104t。2025年我国污泥产量预计突破8000×104t。由于污泥的含水率高，增加了常用热处理技术(如焚烧、热解、超临界水氧化等)前期预处理成本。水热碳化是一种对环境友好的、有发展前景的废弃生物质处理技术，它可将生物质转化为水热炭、水热液或气体等具有附加值的产物，既可作为碳封存的途径，也可作为回收利用污泥中磷的预处理技术。 经过水热处理后，污泥中磷的化学形态和物理分布发生改变，磷的迁移率和生物利用率受到影响。水热碳化过程会将有机磷、聚磷酸盐等水解为正磷酸盐，最终富集于水热炭中。磷的形态还与污泥中主要伴生元素(Al、Ca、Fe)有关，Huang等和Li等认为，水热炭中Ca-P是磷的主要存在形态，这有利于将水热炭中的磷及营养转化为植物可利用的形式(如肥料)或成为制磷酸盐的工业原料。化学提取法是一种操作简单、回收效率高、应用广泛的磷回收工艺。浸提剂种类对磷的释放与回收率十分重要。碱性浸提剂对磷的提取率较低，有机酸的螯合作用增加了重金属的溶解能力，无机酸对磷的提取能力较高。从成本和最大回收率角度考虑，硫酸是最佳浸提剂。当硫酸投加量在0.39~0.78kg/kg灰分之间时，磷的浸出率在85%以上。Donatello等认为，在硫酸浓度为最低化学计量值、浸出时间为120min、液固比为20mL/g条件下，磷的回收率可达到90%以上。然而目前的研究大多集中于污泥焚烧灰中磷的提取，从污泥水热炭中提取磷的研究较少。因此，探究污泥水热炭中磷的提取特性，对污泥中磷的回收利用具有重要意义。 笔者以市政污泥为原料制备水热炭，使用硫酸对水热炭进行浸出实验，通过单因素控制法探究硫酸浓度、浸出时间、液固比对原料中磷浸出的影响，同时考虑Ca、Fe、Al的释放，旨在为污泥水热炭中磷的回收利用提供参考。 1、材料与方法 1.1 实验原料及方法 污泥取自重庆市某污水处理厂。样品污泥放置在-4℃的冰柜中保存待用。将污泥水热碳化后得到的固体产物称为水热炭。将污泥置于体积为1L的磁力搅拌高压反应釜中，加热至260℃，维持4h。反应结束后用0.45μm滤膜进行真空抽
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