目前我國城鎮(zhèn)污泥年產(chǎn)量超過3500萬噸，包括流化床在內(nèi)的污泥焚燒技術(shù)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(shù)發(fā)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(guān)注的典型重金屬元素，砷具有中度揮發(fā)性，在污泥焚燒過程中砷容易富集于飛灰顆粒中或以氣態(tài)存在于煙氣中。砷的存在一方面對外界環(huán)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(huán)流化床實驗室研究團隊提出了在污泥中摻燒生物質(zhì)，利用生物質(zhì)中的礦物質(zhì)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(xiàn)砷的價態(tài)轉(zhuǎn)化，降低飛灰中砷的毒性，并協(xié)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(tǒng)研究了生物質(zhì)種類、摻混比及運行參數(shù)對城市污泥與工業(yè)污泥焚燒過程中砷遷移轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，揭示了生物質(zhì)中主要礦物質(zhì)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(tài)轉(zhuǎn)化的影響機制，考察了焚燒溫度及過量空氣系數(shù)對砷轉(zhuǎn)化路徑的影響特性，掌握了降低城市污泥及工業(yè)污泥焚燒飛灰中砷毒性的方法。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)污泥摻燒生物質(zhì)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(zhuǎn)化，顯著降低了混燒飛灰中砷的毒性，典型結(jié)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(xiàn)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(guān)鍵因素，而磷的賦存形態(tài)決定著磷的生物有效性。研究團隊系統(tǒng)研究了不同焚燒條件下，生物質(zhì)中礦物化合物對城市污泥及工業(yè)污泥焚燒中磷形態(tài)轉(zhuǎn)化及生物有效性的影響規(guī)律，證實了污泥焚燒過程中添加生物質(zhì)，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，F(xiàn)e/Al/Mn-P）向磷灰石無機磷（AP，Ca/Mg-P）轉(zhuǎn)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(zhì)中的主要礦物質(zhì)成分，考察了

研究團隊利用資源豐富的清潔生物質(zhì)資源，實現(xiàn)污泥焚燒中砷化學價態(tài)的轉(zhuǎn)化，協(xié)同提高飛灰中磷的有效性，并開展反應規(guī)律和機理研究，形成復雜條件下砷價態(tài)及磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的理論，對于污泥與生物質(zhì)清潔燃燒技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。該工作得到國家自然科學基金的支持，相關(guān)成果已在Fuel等期刊上發(fā)表論文6篇。