染色污泥焚烧灰中铜锌的原位钝化：硫循环的关键作用与机制解析

本文聚焦染色污泥焚烧灰（DSA）中铜（Cu）和锌（Zn）的浸出行为，揭示了硫循环（Sulfur cycle）通过调控固硫产物（如CaSO4）对重金属原位钝化（in-situ passivation）的关键作用。研究发现，微量CaSO4（0.2%）可显著降低Cu/Zn浸出浓度与浸出率，其机制涉及CaSO4（012）晶面的层间吸附与类质同象替代（isomorphic substitution），为DSA安全处置提供了新策略。

　　

Section snippets

Raw material

原始染色污泥（DS）采集自中国广东省东莞市某纺织印染废水处理厂的二次沉淀池，其含水率为80%。污泥具有高污染特性，硫含量高达1.21%，铜（Cu）和锌（Zn）的总含量分别为909 mg/kg和1047 mg/kg。参考《农用地土壤污染风险管控标准》（GB），其环境风险显著。

Effect of sulfur fixation product on leaching behavior

表1展示了不同固硫产物（Na₂SO₄、K₂SO₄、CaSO₄、MgSO₄）对人工DSA样品中Cu和Zn浸出浓度的影响。数据显示，DSA中Cu和Zn的浸出浓度分别为5.55 mg/L和10.28 mg/L，均超过《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的限值，表明DSA确实存在较高的Cu/Zn浸出风险。聚焦于Cu，添加Na₂SO₄（D-N系列）和K₂SO₄（D-K系列）甚至导致Cu浸出浓度上升，而CaSO₄的引入则显示出独特的抑制效果。

Conclusions

DSA中Cu和Zn的浸出浓度与浸出率处于不可忽视的高水平，分别高达5.55 mg/L / 12.21% 和 10.28 mg/L / 19.65%。在不同固硫产物中，微量CaSO₄（0.2%）将Cu和Zn的浸出浓度与浸出率分别降低至5.39 mg/L / 11.95% 和 8.51 mg/L / 16.63%，降低率分别为2.90% / 2.13% 和 17.22% / 15.37%。尽管从浸出数值角度看，通过调控CaSO₄对Cu和Zn的钝化效果有限，但固硫产物（尤其是CaSO₄）在控制重金属迁移性方面扮演了关键角色。