1、引言
鉛鋅冶煉過程產生的酸性含重金屬廢水一般采用中和沉淀法進行處理，產生大量的含有鉛、汞、鎘、鉻、砷等重金屬元素的鉛鋅冶煉廢水處理污泥，對環境具有很大危害。該污泥中有價金屬品位含量低，利用傳統技術回收有價金屬經濟效益差、環境污染嚴重，導致綜合利用率不高，目前主要采用堆存、填埋、固化等方式進行處置，不僅造成資源的浪費和流失，且對土壤和地下水的安全造成隱患。提取有價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。火法處理采用回轉窯、蒸餾爐、豎爐工藝，使污泥中的鉛、鋅還原揮發生產次級氧化鋅粉，缺點是需另外建設設備，且煙氣中有硫排放，部分鉛、鎘、鋅會揮發逸散;濕法處理充分利用原有設備和適當增加同類設備，回收率高，缺點是產生的二次污泥中仍然含有大量不穩定的重金屬組分，不能直接堆放或棄置，須進一步無害化處理。現有處理技術難以同時實現污泥中重金屬的資源化和無害化，開發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，廣泛應用在材料科學、食品加工、有機合成等方面，具有加熱速度快、加熱均勻、能源利用率高、溫度梯度小等優點，該技術已經擴展到環境污染的治理領域，如有機物污染土壤修復、污水處理、重金屬污泥解、放射性廢物玻璃化、醫療廢物處置、焚燒飛灰處置及廢氣脫硫脫硝等。微波處理后固體殘渣的類玻璃基質有利于阻止重金屬浸出，微波處理污泥穩定重金屬的效果更加理想，且減少了污泥的體積，給后續處理帶來了便利，相較傳統方法，微波技術有效地減少處理時間以及節省能源，具有能源利用率高、加熱效率高、對環境友好等環保節能的優勢。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
2.1 樣品
污泥樣品采自云南省某鉛鋅金屬冶煉企業，樣品元素成分見表1。
2.2 試劑與設備
試劑：Fe3O4，分析純;SiC，分析純。
主要設備：HY-GW6013微波實驗工作站(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℃、微波泄漏強度≤2mW/cm2、外形尺寸1200mm×1400mm×1600mm、加熱空間160mm×160mm×150mm);XPF型圓盤粉碎機;Z06型全自動翻轉式振蕩器、JRY-S06型水平振蕩器、Reax20/4型翻轉振蕩器;Optima7000DV電感耦合等離子發射光譜儀;LT1002電子天平。
2.3 試驗方法
污泥干燥微波輸出功率為1200W，干燥時間為15min;輔料干燥微波輸出功率為500W，干燥時間為8min。干燥后的污泥和輔料球磨后過180目篩，篩下物與Fe3O4比按質量比460/40進行配料，與SiC比按質量比475/25進行配料。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，反應器內溫度為1000-1200℃，產生的煙塵采用重力沉降室和小型布袋收集。
3、結果與討論
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《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB/T5085.3-2007)濃度限值;pH值未超過《危險廢物鑒別標準腐蝕性鑒別》(GB/T5085.1-2007)濃度限值。焙燒渣的浸出液各項重金屬濃度和pH值均低于危險廢物標準，屬一般工業固體廢物，可直接堆放或用于生產，經微波高溫處理焙燒后可顯著降低污泥中有害元素對環境的影響。
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行掃描電子顯微鏡(SEM)分析，不同處理條件下污泥SEM圖像見圖1、圖2、圖3。
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生了巨大的變化。添加Fe3O4污泥焙燒渣表面凹凸不平，為團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發生的反應有關。添加SiC污泥焙燒渣表面圓滑有光澤，物料呈小圓球形狀團聚在一起，溫度越高，團聚越緊湊，碳化硅的加入使得微波介質內的傳熱效率更高，鉛鋅污泥焙燒揮發更完全，碳化硅對微波介質內鉛鋅污泥焙燒過程的促進作用顯著。
3.3 有價金屬回收分析
通過微波處理使得污泥中鋅、鉛等有價金屬以氧化物顆粒的形式揮發出來進入煙塵中，煙氣進入重力沉降箱(沉降箱表面設置散熱瓷片)冷卻、沉降(溫度低于110℃)后經小型布袋收塵外排，煙塵主要成分含量為見表3。
單次投料1kg，收集煙塵重量為48.74g，煙塵中的有價金屬含量高，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0.5元/kW·h計算，每噸污泥處理電價成本為2250元。污泥單獨處理，按投入污泥平均含鋅7%、回收率88%計算，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%計算，氧化鋅煙塵含鋅金屬0.116864噸，噸鋅生產成本為1.92萬元;當入爐物料含鋅品位為19.69%時，金屬鋅價按2.2萬元/t計，可實現微波焙燒方式的盈虧平衡，即產品價值和處理成本相等。
4、結論
采用微波處理工藝可以有效縮減污泥干燥時間，提升干燥效率，并且通過預處理可去除水分，對物料進行預熱，可以保證有價金屬的回收效率、工藝的穩定性和避免微波爐和收塵設備腐蝕。污泥經微波焙燒后焙燒渣浸出液各項重金屬元素濃度均低于危險廢物標準，屬一般工業固體廢物，可直接堆放或用于生產，微波處理可顯著降低污泥中有害元素對環境的影響，為鉛鋅冶煉行業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濟性，當含鋅品位為19.69%時才能實現盈虧平衡，微波工藝不適用于處理有色金屬元素含量低的污泥。( >
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