摘要
含油污泥是石油工业生产过程最为常见的固体废弃物之一，因其含有石油烃类、重金属等有毒有害物质，处置不当便会给生态环境造成严重风险，已有许多国家将其列为危险废弃物。其中，重金属是含油污泥资源化利用的一个主要障碍，任何资源化利用途径都要考虑重金属的安全问题，对重金属在含油污泥中的分布和形态、稳定化、在污泥中的累积以及生物有效性等的研究受到了极大的关注。热解可将含油污泥中的重金属不同程度地富集在残渣中，但重金属在生态环境中的迁移性、生物利用性、活性主要取决于其存在形态，因此，探究热解过程中重金属的形态演化对于获取其环境化学行为和迁移规律有着重要的意义，其不仅有利于科学地评价残渣中重金属的环境效应以便制定相关策略应对重金属污染，还能降低含油污泥在资源化利用中对生态环境的风险，促进热解技术的进一步工业化。 本文以陕北某地含油污泥（OS）为主要研究对象，结合校园花园土壤（CS）,通过外源添加典型重金属（Pb、Cr、Cd）,配置了两种高含重金属污泥（AP-OS、AP-CS）进行比对分析，在对污泥中重金属形态及基本性质分析的基础上，利用管式炉对其进行热解，在不同热解条件（热解温度、热解时间、添加剂、污泥性质）下制备了高含重金属污泥热解残渣，利用相对富集系数、BCR逐级提取法、风险评估（RAC、PERI）和X光电子能谱，考察了不同热解条件下热解残渣中重金属的富集状况、形态变化、环境风险及价态变化，主要研究内容如下: （1）利用超声代替机械振荡的BCR逐级提取法分别对AP-OS和AP-CS中的Pb、Cr、Cd进行分析，获得了AP-OS和AP-CS中重金属含量、形态分布及风险评估结果,在保证提取率的同时，又缩短了提取时间（16h→30min）。 利用管式炉分别对AP-OS及AP-CS热解，在不同热解条件下（热解温度、热解时间、添加剂、污泥性质）制备热解残渣，利用超声BCR逐级提取法对残渣中的Pb、Cr、Cd进行分析，获得了热解条件和残渣中重金属富集状况、形态分布及风险评估之间的关联关系。 （2）在热解温度为400℃～1000℃的范围内，Cd和Pb对热解温度较为敏感，分别在600℃和700℃发生逸散，Cr在实验温度范围内均良好的富集在了热解残渣中，随着温度的升高，Pb的迁移性略微上升400℃～700℃间，热解后的残渣中Cr的迁移性显著增强，具备迁移性的组分占比较高，但随着热解温度升高到800℃以上，Cr绝大部分以稳定的残渣态形式存在，热解使油泥中的Cd逐步稳定，500℃为较为适宜的热解温度;热解时间对重金属的迁移性影响较小，但与热解温度存在协同作用;NaCl的添加能加强Pb和Cr的富集，使Cd更易于挥发，同时会造成Pb和Cd的迁移性增强，但使Cr的迁移性减弱;CaO对Pb和Cd的富集情况的影响较小，但能将Cr更好的固定在热解残渣中，并且可将Pb、Cr、Cd三种重金属的浸出性降低。添加玉米秸秆，能使Pb的浸出性略微增强，促使Cr的可还原态向其他形态的转化，Cd的浸出性普遍提高;酸碱环境均不利于Pb的固定化，并且对Cr和Cd的影响甚微，酸性环境对Pb、Cr、Cd的活化效果明显，碱性环境对Cr和Cd的形态变化影响不大，但却能使Pb的迁移性提高。 (3)利用XPS分析了OS及其热解残渣中Cr的主要存在价态，选取具有代表性的相关价态化合物进行热解，比对分析了OS与相关价态化合物(Cr(0)、Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ))热解前后Cr的价态变化情况。OS中Cr主要以0价、3价和6价的价态存在，经过热解处理后，低价和高价的Cr倾向于向中间价态转化;OS热解残渣中存在的Cr(Ⅲ)主要来源可归为Cr(0)、Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)三类，且残渣中存在的Cr2O3是由各价Cr化合物(包括但不限于Cr、Cr(OH)3、Cr2O3、CrO3)形成。
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