1 引言
印染廢水有機物濃度及色度高、組分復雜，通常采用物理化學與生物法對其進行處理.印染污泥是印染污水處理的副產物，是由有機殘片、細菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質體，若不經處理直接排放，可對環境造成較大的污染.而污泥焚燒處理能徹底、迅速和最大限度地減容減量，可望成為今后印染污泥處理處置的主流技術.
江蘇省印染行業歷史悠久，印染產能位居全國第二，印染加工業出口份額占全國印染加工出口總量的1/3.印染企業主要分布于蘇南和蘇中地區，其中，太湖流域最為集中，全省960多家重點印染企業中有570余家坐落在太湖流域.本文擬在了解江蘇省印染行業分布情況的基礎上，選取17家印染污水處理廠為考察對象，調研污泥處理處置情況，取樣分析脫水后印染污泥的含水率、熱值、灰分、氯離子和重金屬含量，探究江蘇省印染污泥的特點及特性，以期為研究印染污泥焚燒處置的適應性和污染防治工作提供依據.
2 調研及分析方法
? 2.1 調研方法
選取南通(5家)、無錫(6家)、常州(3家)和蘇州(3家)4個地區的17家印染污水處理企業為考察對象，調查污水廠的日處理量、污泥產量、脫水方式和處置方式，取樣分析脫水后印染污泥的含水率、熱值、灰分、氯離子和重金屬含量.為充分體現污泥的代表性，在不同的產泥地方多次采樣并混合均勻后裝入密封袋封存編號(南通1~5號、無錫6~11號、常州12~14號、蘇州15~17號)用作后續分析.
2.2 分析方法
污泥含水率的測定參照《森林土壤含水率的測定》(LY/T 1213—1999)，將污泥樣品在103~105 ℃的烘箱中烘至恒重，樣品的質量損失與初始質量的比值即為印染污泥的含水率.
用《城市污水處理廠污泥檢驗方法》(CJ/T 221—2005)中的重量法測定污泥中的灰分含量，熱值的測定參照《煤的發熱量測定方法》(GB/T 213-87).氯離子測定采用《土壤氯離子含量的測定》(NY/T 1378—2007)中的硝酸鹽滴定法.
重金屬元素鎘(Cd)、鉛(Pb)、總鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)和鎳(Ni)選用王水-高氯酸消煮、火焰原子吸收分光光度法測定.
3 結果與分析
?3.1 印染污水處理及污泥處置
17家印染污水處理廠中，3家以棉布印染廢水為主，4家以化纖印染廢水為主，1家以牛仔印染廢水為主，剩余9家則綜合了棉、麻、絲、化纖、牛仔等多種類型廢水.各處理廠的規模大小不等，污水日處理量為400~50000 t · d-1，相應的脫水污泥產量為10~100 t · d-1，表 1給出了17家印染污水廠的基本情況.
表1 江蘇省17家印染污水廠基本情況
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?如表 1所示，污泥量與污水處理量并不成正比關系，這是由于污泥的產量不僅與污水處理量有關，還與污水的來源、處理工藝方法、污泥的含水率等有關.為排除污泥含水率對污泥產量的影響，表 1同時出了污水絕干污泥的產率(處理每千噸污水產生的絕干污泥量)，可以看出，污水絕干污泥的產率變化范圍較大(0.21~5.04 g · kg-1).絕干污泥產率大的污水處理以沉淀過濾為主，污水廠中的雜質絕大部分轉換為污泥，如10號污水處理廠.而污水處理以生物法為主的污泥產率極低，如16號污水處理廠.本文調研的污水廠的污泥處置方式比較單一，污泥脫水后均是送到熱電廠或垃圾焚燒廠進行焚燒，處置費用為160~200元 · t-1.
3.2 印染污泥助燃焚燒條件分析
3.2.1 印染污泥含水率
由圖 1可知，17家印染污水處理企業污泥含水率的變化范圍為18.3%~83.9%，大部分集中在60%~80%，平均含水率為66.88%.11號污泥采用了熱干化處理，含水率最低，僅為18.3%;另外7家(編號為2、6、7、8、9、10、14)對污泥進行了深度脫水，污泥含水率為53.7%~66.6%，平均為60.61%.采用常規方法脫水的污泥含水率較高，為69.2%~83.9%，平均為77.15%.
圖 1 印染污水廠污泥的含水率
各家企業污泥采用的脫水方法不盡相同，4號采用疊鑼式脫水，污泥含水率最高為83.9%;12號采用滾筒脫水，其含水率為80.8%;13號和16號采用離心脫水，污泥含水率分別為74.8%和82.2%;其余全部采用板框壓濾，污泥的平均含水率為66.42%.相對而言，板框壓濾得到的污泥含水率最低.因此，對于以低含水率為前提的污泥處理處置方式，如焚燒、填埋，印染污泥脫水應優先選擇板框壓濾.
3.2.2 印染污泥熱值和灰分
污泥熱值是污泥焚燒處理的重要參數，與污泥中有機物的含量密切相關.表 2和圖 2給出了各地區印染污泥灰分和熱值的平均值.污水來源、處理方法(生物法、物化法等)和工藝、添加的藥劑(有機藥劑、無機藥劑等)等顯著影響污泥的性質，使得其灰分、熱值含量波動范圍較大.
圖 2 不同地區污泥的灰分及低位熱值
圖 2和表 2結果表明，17個污泥樣品中，灰分含量最小為9.7%，最大為88.0%，平均為46.0%.不同地區的污泥灰分含量高低順序為無錫>南通>常州>蘇州.印染污泥的低位熱值變化范圍為0~17960 kJ · kg-1，在17個樣品中，4、7、12、16號污泥的低位熱值高于10000 kJ · kg-1.
表2 印染污泥的灰分、熱值的測量結果
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一般來說，污泥中的灰分含量越高，熱值越低.8號和11號污泥的灰分含量分別高達88.0%和77.7%，這是由于在污水處理過程中加入了大量的無機物(如氧化鈣、硫酸亞鐵等)，導致污泥中無機成分所占比例極大，低位熱值較低;而灰分含量低于26.4%的污泥，熱值均高于10000 kJ · kg-1.
3.2.3 助燃焚燒分析
根據《城鎮污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質》(GB/T 24602—2009)規定的污泥理化指標及限值可知，污泥助燃焚燒時低位熱值需大于3500 kJ · kg-1，17家印染污水處理廠中有8家污泥的低位熱值低于該值，達不到污泥助燃焚燒的條件.
已知污泥的含水率和低位熱值，可得出污泥的干基熱值和助燃焚燒時的最高限含水率(即滿足污泥助燃焚燒(低位熱值為3500 kJ · kg-1)時所需的最大含水率)，公式如下：
式中，LHV為污泥的低位熱值(kJ · kg-1)，p為污泥的含水率，Qg為污泥的干基熱值(kJ · kg-1)，r 為水的汽化潛熱，取值為2 512 kJ · kg-1.
表 3給出了上述8家污水廠污泥的含水率、低位熱值、干基熱值和助燃焚燒時的最高限含水率.由表 3可知，1號和3號污泥雖然干基熱值較高，但污泥含水率也高，無法滿足助燃焚燒所需熱量，建議對兩家污水廠污泥進行深度脫水，將含水率降低到60%左右，以滿足污泥助燃焚燒要求.5、8、9、10和11號污泥的干基熱值相對較低，建議在污水污泥處理過程中改進工藝、減少無機物的添加.
表3 不能自持燃燒的污泥分析結果
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3.3 印染污泥氯離子分析
印染污泥中氯離子含量在82~6923 mg · kg-1之間變化，主要來源于污水污泥處理過程中加入的含有氯離子的藥劑.其中，未加入含氯離子藥劑的污泥氯離子含量僅為82 mg · kg-1(14號污泥);南通4家污水廠在污水污泥處理過程中加入了含氯藥劑，污泥氯離子含量分別高達3444、5256、6923和3116 mg · kg-1.
污泥焚燒時，氯元素會使煙氣中產生一定量的HCl氣體和二 英等，從而引起一系列的環境問題.污泥中的氯元素主要以金屬化合物和有機結合態存在，不管是有機氯還是無機氯在焚燒過程中都能反應生成二 英，二者對二 英的形成沒有多大差別.當污泥中氯的質量分數高于0.8%~1.1%時，二 英的生成量隨氯含量的提高而增加.17種印染污泥氯離子含量最高值為0.69%，低于上述值.但二 英的生成量不完全取決于氯含量，污泥焚燒過程中，燃燒溫度、氧氣的含量、重金屬含量等也會對二 英的生成產生影響，其中，Cu2+作為前驅物合成二 英的催化劑，在二 英前驅物的合成中起決定作用.
表 4給出了部分污泥Cu和Cl-的檢測結果，可以看出，2、3、4和5號污泥中的Cl-含量較高，為了抑制焚燒時二 英的生成，建議在污水污泥處理過程中減少氯的投加.3號污泥Cl-及Cu的含量都較高，焚燒時生成二 英的幾率大，建議焚燒時多關注煙氣中二 英的監測和分析.
表4 部分污泥Cu和Cl-的檢測結果
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3.4 印染污泥重金屬分析
污泥中的重金屬由于具有生物毒性，其帶來的環境問題是人們關注的焦點，并已成為污泥資源化利用的主要障礙因素之一.污泥中重金屬含量是決定飛灰重金屬含量的主要因素，在高溫焚燒的過程中，部分重金屬會大量揮發并富集在煙氣凈化系統的焚燒飛灰上，從而增加了飛灰中重金屬化合物的含量.
3.4.1 污泥重金屬含量
表 5給出了印染污泥中各重金屬含量的統計結果.由表可知，同一種重金屬在不同污泥中的含量變化較大，如Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的含量變化范圍分別為0~2.10、0~130.5、8.54 ~726.00、4.58~194.00、32.70~3610.00、1.09~109.00 mg · kg-1.6種重金屬平均含量的大小順序為Zn(922.67 mg · kg-1)>Cr(217.82 mg · kg-1)>Pb(116.04 mg · kg-1)>Cu(97.06 mg · kg-1)>Ni(59.38 mg · kg-1)>Cd(0.40 mg · kg-1).
表5 印染污泥重金屬含量統計結果
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按照我國《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)規定的三級標準(為保障農林業生產和植物正常生長的土壤臨界值)，污泥樣品中Cu和Ni含量未超標，其他則都有超標現象.與江蘇省城市污水處理廠污泥中重金屬平均含量(鄭翔翔等，2007)相比，17家印染污水處理廠的污泥重金屬平均含量較市政污泥低，尤其是Cd、Cu和Ni.
為更好地反映江蘇省印染污泥的重金屬情況，圖 3統計分析了6種重金屬的分布情況.可以看出，17家印染污泥中，76%的印染污泥中含Cd量在0.5 mg · kg-1以內，70%的污泥中含Pb量在50 mg · kg-1以下，污泥中的Zn含量大多在200 mg · kg-1以內且53%集中在90~120 mg · kg-1之間，Cr、Cu和Ni的含量分布相對均勻.
?圖 3 不同重金屬含量的分布頻率圖
3.4.2 不同地區印染污泥重金屬污染指數
污泥中的重金屬與織物種類、加工的花色品種、所用染料、漿料和助劑有關.表 6給出了4個地區印染污泥的重金屬平均含量，其大小順序為：Cd：蘇州>無錫>常州>南通，Pb：南通>無錫>蘇州>常州，Cr：無錫>蘇州>常州>南通，Cu：常州>無錫>蘇州>南通，Zn：南通>蘇州>無錫>常州;Ni：常州>無錫>南通>蘇州.4個地區中Cd、Pb、Cu和Ni的平均含量均低于《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)規定的三級標準;無錫和蘇州兩地的Cr含量超過標準值;除常州地區，其他3個地區污泥中的Zn含量都嚴重超標，這可能與目前污水管道普遍采用鍍鋅管道有關.具體參見 污水處理技術資料或污水技術資料更多相關技術文檔。
表6 不同地區印染污泥重金屬平均含量
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自然界中重金屬的污染多為伴生性或綜合性的復合污染(陳懷滿，1996)，在評價重金屬元素的危害時不僅要考慮一種元素在單體系中的臨界值，還要考慮多因素的綜合影響效應.常用的評價重金屬污染方法是內梅羅指數法(余劍東等，2002)：
式中，Pi為第i種重金屬元素的污染指數，Ci為第i種重金屬含量實測值，Si為第i種重金屬含量的評價標準值，P綜為污泥的綜合污染指數，Pimax為采樣污泥重金屬污染物單項污染指數中的最大值，
為單因子指數平均值，
如果P>1，說明樣品中重金屬含量超過了評價標準的要求;P=1，說明樣品中重金屬含量處于臨界狀態;P<1，說明樣品中重金屬含量低于評價標準.圖 4給出了4個地區印染污泥重金屬單項污染指數和綜合污染指數.由圖可知，同一種重金屬在不同地區的污染指數相差很大，同一地區不同重金屬的污染程度也不相同，其綜合污染指數由大到小依次為南通>蘇州>無錫>常州，其中，蘇州和南通的相應值都高于1，南通更是高達3.08左右，因此，這兩個地區的印染污泥處置要特別關注重金屬的污染問題.
圖 4 不同地區印染污泥重金屬污染指數統計
4 結論
1)本文調研的印染污泥的脫水方式多采用板框壓濾，含水率低至53.7%;有將近1/2的印染污泥并沒有達到污泥助燃焚燒的條件，建議改進污泥的處理工藝和脫水方式，以減少灰分降低含水率.
2)考察的印染污泥中氯離子變化范圍較大，為82~6923 mg · kg-1，差異主要源于污水及污泥處理過程中添加的含氯藥劑.為減少二 英等污染物的產生，污水污泥處理過程中應盡量避免氯離子的加入，焚燒時應嚴格控制焚燒條件并加強對二 英類物質的監測.
3)調研的印染污泥中重金屬平均含量的排序為Zn(922.67 mg · kg-1)>Cr(217.82 mg · kg-1)>Pb(116.04 mg · kg-1)>Cu(97.06 mg · kg-1)>Ni(59.38 mg · kg-1)>Cd(0.40 mg · kg-1)，均低于江蘇省城市污泥重金屬平均含量;不同地區印染污泥中重金屬的綜合污染指數差異較大，排序為南通>蘇州>無錫>常州，其中，蘇州和南通地區超過了評價標準，因此，要嚴格關注污泥焚燒后產生的飛灰重金屬含量.
