工程熱物理所揭示污泥摻燒生物質對砷形態轉化及磷有效性的影響機理
目前我國城鎮污泥年產量超過3500萬噸，包括流化床在內的污泥焚燒技術已成為污泥資源化利用的重要方式和研究熱點。污水污泥焚燒飛灰中磷的回收已成為污泥處置技術發展的新趨勢，而焚燒飛灰中較高濃度的重金屬是制約磷有效性的核心問題。
砷是一種受到廣泛關注的典型重金屬元素，砷具有中度揮發性，在污泥焚燒過程中砷容易富集于飛灰顆粒中或以氣態存在于煙氣中。砷的存在一方面對外界環境造成嚴重污染，另一方面也制約飛灰中磷的回收與利用。中國科學院工程熱物理研究所循環流化床實驗室研究團隊提出了在污泥中摻燒生物質，利用生物質中的礦物質等有效成分為砷提供化學吸附位，在燃燒中促進砷的捕集并實現砷的價態轉化，降低飛灰中砷的毒性，并協同提高磷生物有效性的新方法。
研究團隊在5kW鼓泡流化床試驗臺上系統研究了生物質種類、摻混比及運行參數對城市污泥與工業污泥焚燒過程中砷遷移轉化的影響規律，揭示了生物質中主要礦物質成分與污泥砷之間的相互作用原理，分析了飛灰取樣位置對砷形態轉化的影響機制，考察了焚燒溫度及過量空氣系數對砷轉化路徑的影響特性，掌握了降低城市污泥及工業污泥焚燒飛灰中砷毒性的方法。研究結果發現污泥摻燒生物質后分布在飛灰中砷的含量降低，且有效促進飛灰中As3+向As5+的轉化，顯著降低了混燒飛灰中砷的毒性，典型結果如圖1所示。
該研究的最終目標是在降低污泥焚燒飛灰中重金屬毒性的同時，實現飛灰中磷資源的回收與利用。飛灰中磷的生物有效性是影響磷資源化利用的關鍵因素，而磷的賦存形態決定著磷的生物有效性。研究團隊系統研究了不同焚燒條件下，生物質中礦物化合物對城市污泥及工業污泥焚燒中磷形態轉化及生物有效性的影響規律，證實了污泥焚燒過程中添加生物質，特別是棉桿，能有效促進污泥焚燒飛灰中非磷灰石無機磷（NAIP，Fe/Al/Mn-P）向磷灰石無機磷（AP，Ca/Mg-P）轉化，提高了飛灰中磷的生物有效性，如圖2所示。同時，以AlPO4作為非磷灰石無機磷模型化合物，以CaO和KCl來模擬生物質中的主要礦物質成分，考察了
研究團隊利用資源豐富的清潔生物質資源，實現污泥焚燒中砷化學價態的轉化，協同提高飛灰中磷的有效性，并開展反應規律和機理研究，形成復雜條件下砷價態及磷形態轉化的理論，對于污泥與生物質清潔燃燒技術的發展具有重要的理論價值和現實意義。該工作得到國家自然科學基金的支持，相關成果已在Fuel等期刊上發表論文6篇。
