PDF《垃圾焚烧飞灰中重金属的分布与性质》

垃圾焚烧飞灰中重金属的分布与性质 万晓 ? 王伟 ? 叶暾 ? 高兴保 ? 杨金美 ? 蓝煜昕 ?清华大学环境科学与工程系 ? 北京 ??????? 摘要 ? 以华东某城市为案例 ? 研究我国城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属污染物的分布和性质 ?结果表明 ? 重金属污染物主要集 中于小粒径飞灰中 ?连续提取实验表明 ≤?!°?!? ?!≤∏等重金属在环境中具有较强的迁移性 ???和≥? 相对比较稳定 ?重金 属元素的溶出与酸度密切相关 ? 与环境关系较大的 ≤?!≤?!≤∏!? ? !? ?!°?和?? 等元素在酸性条件下表现出最强的溶出能力 ? 但≤?和??则倾向于在碱性条件下溶出 ? 关键词 ? 重金属 ? 飞灰 ? 垃圾焚烧 ? 形态分析 ? 分布特征 中图分类号 ?÷??? 文献标识码 ?? 文章编号 ? ????2????????????2????2?? 收稿日期 ? ????2??2?? ? 修订日期 ? ????2??2?? 基金项目 ? 国家自然科学基金资助项目?????????? ? 国家高技术研究 发展计划?????项目?????? ???????? ? 清华大学基础研究 基金资助项目??≤???????? ? 清华大学实验室开放基金资 助?作者简介 ? 万晓????? ? ? ? 男?陕西人 ? 博士研究生 ? 主要从事危险废 物污染控制原理和技术研究 ? ?ισ τριβυτιον ανδ Χηαραχτερσ οφ Ηεα?ψ Με τα λ σ φρο ? Μυνιχιπα λ Σολ ιδ ?ασ τε Ινχινερατορ Φ λψ Αση ? ? ? ÷? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ≠? *∏ ?2?? ? ? ?? ? ÷? ?? 2? ? ?? ≠ ? ?? ? ? ?2 ?? ?? ? ? ? ≠∏ 2? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ??? ? ∞?√? ? ???? ?? ? ? ≥? ? ? ?? ?? ?? ∞?? ? ?? ? ? ? ??? *? ? ???∏ ? ?? ? √? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???????? ? ≤? ? ?? ? Αβσ τραχτ :* ? ?? ? ? ? ? ? ? ∏ ? ? ?? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? √? ?? ? ? ? ?? ? ?? ?∏ ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ?? ?? ? ∏ ? ? ? ?? ? ∞? ? ?≤? ? ??? * ? ?? ? ? ∏ ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? √? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ∏ ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? *? ? ? ? ? √? ?? ? ? ? ?? ?? ?∏ ? ? ?? ≤?? °?? ? ?? ? ?? ≤∏? ?∏ ?? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?????≥? ??∏ ??? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? *? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ??? ? ? √? ???? ? ? ?√? ? ???? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ?? ∏ ? ? ? ?≤?? ≤??≤∏? ? ? ? ? ??°??? ???? ?? ? ?? ?? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ? ? ∏ ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ?? ? ?? ? ?? ? ???∏ ?? ? ?? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ??? ?? ?? ?? ? ? ? ≤???? ?? ?? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ??? ? ? ? ?? ? Κεψ ωορδσ:? ? ? √? ?? ? ? ??? ?? ? ? ?? ?∏ ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ???? ??? ? ? ? ? ? ? ∏ ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 城市生活垃圾是一种成分复杂的混合废物 ? 其 中含有数量可观的重金属 ?采用焚烧法处理城市生 活垃圾时 ? 大量重金属因为高温而挥发进入烟气 ? 并 最终富集于飞灰中≈?? ?近年来 ? 随着垃圾焚烧处理 在我国大中型城市的全面采用 ? 垃圾焚烧可能造成 的包括重金属在内的二次污染问题正日渐成为学术 界和公众关注的热点问题≈? ??? ?研究重金属在飞灰 中的存在方式及其理化性质 ? 对于选取合理的稳定 化处理工艺具有重要意义 ?而目前国内在该领域内 的研究较少 ? 因此 ? 本文对国内某焚烧炉的垃圾焚烧 飞灰进行了较全面的理化性质研究 ? 初步探讨了影 响飞灰中重金属在填埋过程中迁移性质的因素 ?

1 材料与方法

111 样品采集 样品于 ???? 年?月采自华东某生活垃圾焚烧 厂 ?该厂拥有设计规模 ??? ? ??的炉排炉 ? 台?处理 量???? ? ???采用半干法尾气净化工艺 ? 布袋除尘 ? 在焚烧炉正常工况稳定运行时 ? 分别采集了飞灰 !烟 道灰和底灰样品 ?

112 飞灰 ! 烟道灰和底灰的成分分析 样品在 ??? ε 烘干 ??后?用÷??2???? 型÷射线荧光光谱仪?÷ ? ? ? ÷2? ? ? ? ?∏ ? ? ? ? ? ? ?? ? ?测定主要 成分 ? 采用改进的 ?≥* ? ? ????2???方法≈?? 消解样 品 ?采用 °∞ ∞ ? ? ? ???? 型等离子体质谱仪??≤°2 ? ≥ ? ??? ∏ ? ? ? √? ?? ≤?∏ ? ? ? ? °? ? ???

2 ? ? ? ?≥? ? ? ? ? ?? ? ? ??? 测定 ??!??!≤?!≤?!≤?!≤∏!??!? ?!? ? !? ?!°?!≥? ! ?? 等元素的含量 ?

113 重金属在不同粒径飞灰中的含量 采用 ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? 2? 2??? 型自动筛分机 ? 将飞 灰筛分为 ? 级?? ??Λ? ? ?? ? ??Λ? ? ?? ? ??Λ? ? ?? ? ???Λ? ? ??? ? ???Λ? ? ??? ? ???Λ? ?? ???Λ? ?各粒 径级飞灰分别采用改进的 ?≥* ? ? ????2???方法 消解 ? 并用 ?≤°2 ? ≥ 测定重金属元素的含量 ?

114 飞灰中重金属元素的化学相态 采用 *? ? 改进的 *? ? ? ? ? ?方法≈?? 对飞灰中的重 金属进行连续提取 ?称取 ?? ?干基?飞灰 ? 按表 ? 列 出的条件提取 ? 提取液采用 ?≤°2 ? ≥ 分析重金属元 第?? 卷第 ? 期???? 年?月环境科学∞???? ? ?? ∞?* ??≥≤?∞?≤ ∞ ? ? ?? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ???? 表1连续提取条件 *? ? ? ?? ∞?? ? ? ? ?? ??? ??? ? ? ? ???? ? ?? ? ?∏ ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ∏ ? ? 化学相态 提取条件 交换态 ??? ??醋酸钠?? ?? ? ??? ?? ? ?1??溶液 ? 室温下振荡 ??? 碳酸盐结合态 ??? ??醋酸钠?? ?? ? ??? 用醋酸调 ?? ? ?1??溶液 ? 室温下振荡 ??? ??

2 ? ? 氧化物结合态 ??? ??盐酸羟胺2醋酸溶液?盐酸羟胺浓度 ?1?? ?? ? ??? 醋酸浓度 ?? ? ? ? 搅拌加热至 ?? ε ? ? ε ? 保持 ??? 有机结合态 ?? ???1?? ?? ? ??硝酸溶液 !?? ???? ? 双氧水?用???? 调?? ? ?? ?搅拌加热至 ?? ε ? ? ε ? 保持 ??? 再加入 ?? ???? ? 双氧水?用???? 调?? ? ?? ? 搅拌加热至 ?? ε ? ? ε ? 保持 ??? 冷却 ? 加入 ?? ??醋酸铵2硝酸溶液?醋 酸铵浓度 ?1? ?? ? ??? 硝酸浓度 ?? ? ? ? 用去离子水稀释至 ??? ??? 持续搅拌 ?? ?? ? ? 残渣态 改进的 ?≥* ? ? ????2???方法消解 素的浓度 ?

115 重金属在不同酸度下的溶出 为了模拟重金属在不同酸度条件下的溶出情 况?在??? 2?? 型自动滴定仪上进行酸度滴定 ?用??? ? ?? ? ??? 将初始液固比?? ?≥?为?? 的飞灰分别 滴定至 ?? ?1? 和?? ?1? ? 持续滴入硝酸保持 ?? 值???? 同时用去离子水做空白试验?稳 定?? 为??1?? ?上清液用 ?1??Λ? 滤膜过滤 ? 并用 ?≤°2 ? ≥ 测定其中的元素含量 ?

2 结果与讨论

211 飞灰 ! 烟道灰和底灰的成分 表?所示的 ÷ ? ? 结果表明 ? 构成飞灰 !烟道灰 和底灰的主要成分均为 ≥?!≤?!??等元素 ?但由于 挥发性的不同 ? 重金属元素在飞灰 !烟道灰和底灰中 的含量分布差异较大 ?如图 ? 所示 ?≤?!°?!≥? 等金 属由于挥发性较强 ? 在飞灰中含量相对较高 ? 多数重 金属元素在飞灰中的比例达到 ?? ? 左右 ?因而 ? 飞 灰应作为重金属污染控制的重点 ? 表2飞灰 !烟道灰和底灰中主要元素含量 *? ? ? ?? ≤??? ? ?? ?? ? ?? ? ? ?? ? ??? ?? ?? ? ? ?? ? ? ??? ?∏ ?? ? ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? 成分 质量分数? ? 飞灰 烟道灰 底灰 ≥? ?? ?? ? ?? ?? ? ?? ?? ? ?? ≤?? ?? ? ?? ?? ? ?? ?? ? ?? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ≥?? ?? ? ?? ?? ? ?? ? ? ?? ≤? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? °? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 表?比较了飞灰和文献报道的其他环境样品中 重金属的含量 ?从表 ? 可以看出 ? 各种元素的含量 均远高于我国典型土壤的背景值 ? 亦高于粉煤灰中 图1飞灰 !烟道灰和底灰中重金属元素的分布 ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ∏ ? ? ?? ? ? ? ? ? √? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?∏ ?? ? ? ? ? ∏ ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? 重金属的含量 ?与日本的垃圾焚烧飞灰相比 ? 重金 属元素含量基本相当 ? 个别元素甚至更高 ?其中 ? 高 含量的 ?? 和??可能主要来自于锌锰碱性电池 ? °? 可能主要来自于废塑料 ?因实验方法所限 ? 重金属 汞未检出 ? 表3飞灰与其他环境样品中重金属的含量比较? ?? #?? ? ? *? ? ? ?? ≤??? ? ?? ?? ? ? ? ? √? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ?√? ? ???? ?? ? ?? ??? ? ? ? ? ?? #?? ? ? 元素 飞灰 北京郊区土 壤背景值 粉煤灰≈?? 日本某焚烧 炉飞灰≈?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? ? ? ?? ≤? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ??? ≤? ?? ? ?? ?? ? ?? ≤? ??? ? ?? ?? ? ? ?? ? ?? ??? ≤∏ ??? ? ?? ?? ? ? ?? ? ?? ???? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ??? ? ?? ??? ? ? ??? ? ? ??? ? ?? ??? °? ? ??? ? ?? ?? ? ?? ?? ? ?? ???? ≥? ? ??? ? ?? ?? ? ??? ? ?? ?? ? ? ?? ? ?? ?????

212 重金属在不同粒径飞灰中的含量 如图 ? 所示 ? 飞灰粒径近似成正态分布 ? 中位径 约??Λ? ?飞灰中重金属按粒径的分布情况如图 ? ? ? ? ? 期环境科学所示 ? 重金属元素普遍表现出向小粒径富集的倾向 ? 图2飞灰的粒径分布 ?? ?? ? °? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ?∏ ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ??? ∏?∏ ? ? ? ? √??? ? √?? ?? ?? ? ? ? 这与国外的研究结果吻合较好≈?? ?

213 飞灰中重金属元素的化学相态 用连续提取法研究飞灰中重金属元素的化学相 态?图?是连续提取的结果 ?通常 ? 水溶及可交换态 和碳酸盐结合态的重金属在环境中较容易溶出 ? 图?所示各种重金属相态的比例显示 ?≤?!°?!? ?!≤∏ 等重金属上述 ? 种相态的比例很高 ?这表明它们在 环境中的稳定性很差 ? 容易溶出 ?其中 ? 由于 °?的 总量很高 ? 潜在的溶出量也最高 ?另外 ?≤?!≤?!? ? ! ??!? ?和?? 等也较易溶出 ? 其中 ?? 的潜在溶出量 较高 ? ??和≥? 主要以残渣态形式存在 ? 不易在环 境中迁移 ? 图3重金属在不同粒径垃圾焚烧飞灰中的分布 ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ∏ ? ? ?? ? ? ? ? ? √? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ?? ? ? ? 图4垃圾焚烧飞灰中重金属的化学相态 ?? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ≥ ? ?? ? ? ? ? ?

214 不同酸度下飞灰中重金属的溶出能力 不同酸度下重金属的溶出实验结果如图 ? 所示?实验结果在一定程度上与连续提取的结果相吻 合 ?水溶及可交换态和碳酸盐结合态比例较高的 ≤?!°?!? ?!≤∏元素 ? 在酸性条件下溶出量亦较高 ? ≤?最多溶出约 ?? ? ? °?最多溶出约 ?? ? ?? ?最多 溶出约 ?? ? ?≤∏最多溶出约 ?? ? ?主要以残渣态 存在的 ??和≥? 溶出很少 ? 重金属的溶出能力随着 ?? 值的变化而变化 ? ?? ?1? 时?多数金属溶出能力较差 ? 而倾向于在碱 性条件溶出的 ≤?和??此时表现出较强的溶出能 力?分别有 ?1?? ? 和??1?? ? 溶出到浸出液中 ? ≥? 无论在酸性还是碱性条件下活动性都比较差 ?其他 元素在酸性条件下表现出最强的溶出能力 ? 尤其是 与环境关系大的重金属元素 ≤?!≤?!≤∏!? ? !? ?.

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