分析危險廢物焚燒飛灰中重金屬的穩定化處理

北極星固廢網訊:摘要：危險廢物焚燒後形成的焚燒飛灰中含有會造成環境汙染的重金屬，因此出於環保的需要，我們需要對焚燒飛灰中的重金屬汙染特性進行研究，尋找降低環境汙染的焚燒方式，讓危險廢物的焚燒實現資源化與無害化。文章首先介紹了測定焚燒飛灰中重金屬汙染特性的實驗步驟，然後根據實驗結果對飛灰中所含的重金屬進行了汙染特性分析。

關鍵詞：危險廢物；焚燒；重金屬；實驗；汙染特性

危險廢物焚燒處理所產生的飛灰由於含有較多的重金屬使其被作為危險廢物。目前，針對危險廢物焚燒飛灰穩定化處理的研究較多，主要是通過添加硫化物、磷酸鹽、螯合劑等將重金屬離子固定。本文通過對危險廢物焚燒飛灰成分的分析及其浸出毒性的研究，選用解毒藥劑對其進行穩定化處理，檢測並對比其處理效果，從而為危險廢物焚燒飛灰的穩定化處理藥劑選用提供一定的理論及實驗指導。

1.材料與方法

供試飛灰取自上海市某危險廢物焚燒廠正常運行期間的布袋除塵器。該廠焚燒爐為迴轉窯，處理規模為6萬t/a，採用布袋除塵器淨化焚燒煙氣。採集的樣品表觀呈淡灰色細微粉末，實驗測得含水率約為0.6%，粒徑分布主要集中在200μm以下。pH值為（12.51±0.05）。其化學成分以Na2O和CaO為主，分別佔27.3%和25.2%。

1.1飛灰的重金屬含量和浸出毒性實驗

本實驗中參照《土壤質量銅、鋅的測定火焰原子吸收分光光度法》（GB/T17138-l997）方法消解焚燒飛灰。採用新國標方法《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）和美國TCLP浸出方法對垃圾焚燒飛灰進行浸出毒性實驗，並採用火焰原子吸收光譜儀（FAAS，novAA400）測定消解液和浸出液中重金屬含量。測定結果與《危險廢物毒性鑑別標準》（GB5085.3-2007）和《危險廢物填埋汙染控制標準》（GB18598-2001）對比。

1.2飛灰的藥劑穩定化處理

分別取200g飛灰置於燒杯中，選取無水Na2S、FeSO4•7H2O、無水Na3PO4、和Na3C3N3S3•9H2O4種不同類型藥劑進行實驗研究，不同藥劑投加比例（w/w）分別為0.3%、0.6%、1.2%和2.4%。將藥劑與飛灰樣品混合併加入200mL去離子水，用玻璃棒攪拌呈泥漿狀，然後用攪拌機攪拌2h，室溫下靜置12h後放入烘箱內乾燥。處理後樣品用於重金屬浸出毒性檢測。樣品的重金屬浸出濃度測定方法採用1.1中新國標方法（HJ/T299-2007）。其中，浸出液中六價鉻含量採用《固體廢物六價鉻的測定二苯碳醯二肼分光光度法》（GB/T15555.4-1995）進行測定。下文中未經藥劑處理的飛灰簡稱原灰，經藥劑Na3C3N3S3穩定後的飛灰簡稱處理灰。

1.3飛灰處理前後物化性質比較

（1）本實驗採用轉靶X射線多晶衍射儀（型號D/MAX2550）測定原灰和處理灰穩定處理前後的XRD圖譜，分析供試樣品中主要的結晶相物質。利用粉末壓片將原灰和處理灰壓製成試片置於X射線衍射儀中掃描，根據所測得的X射線衍射峰來判定飛灰中的主要結晶相物質。（2）紅外光譜法是研究有機化合物結構的最主要方法之一，其譜圖有很強的結構特徵性。將樣品製成粉末，用溴化鉀壓片後送入紅外光譜儀（型號Nicolet6700）進行紅外光譜分析。（3）實驗採用環境掃描電子顯微鏡（型號FEIQuanta250）對樣品顆粒的表面形貌進行觀察。1.4飛灰處理前後的重金屬形態分布

飛灰中重金屬的浸出毒性不僅與重金屬的總量有關，還與其在飛灰中存在化學形態密切相關[18]。在連續提取法中BCR三步萃取法是歐共體標準局在Tessier分析方法的基礎上提出的，該方法按步驟定義為弱酸提取態（HAc提取）、可還原態（NH2OH•HCl提取）、可氧化態（H2O2提取）。有研究表明BCR法重現性顯著好於Tessier法。實驗中按BCR連續分級提取法進行分級提取。分別稱取過100目原灰和處理灰0.500g樣品置於塑料具塞離心管中，按步驟分級提取:（1）醋酸可提取態:加入0.11mol/LHAc溶液20.0mL，室溫下30r/min振蕩16h，離心分離，取上清液稀釋到50.0mL，作為待測液，殘渣用蒸餾水清洗，3000r/min離心分離，殘渣留作下一步分級提取物。（2）可還原提取態:在（1）殘渣中，加入0.1mol/LNH2OH•HCl20mL（HNO3調pH=3.0），室溫下30rpm振蕩16h，不溶物洗滌步驟同（1），殘渣留作下一分級提取物。（3）可氧化提取態:將（2）的殘渣中滴加5mL30%H2O2溶液，間歇式搖動，室溫下放置1h，（85±2）℃水浴加熱，蒸發至剩餘溶液小於2mL。補加H2O25mL，重複上述操作，至剩餘溶液小於1mL。冷卻後加入1mol/LNH4OAc溶液25mL室溫下30r/min振蕩16h，離心分離取其上清液至50.0mL作待測液，殘渣留作下一步消解用。（4）殘渣態:殘渣消解方法同飛灰總量消解方法。用蒸餾水稀釋定容於25.0mL容量瓶中，待測。將原灰與處理灰分別進行形態分級提取，分析重金屬形態的變化。

2.結論及分析

2.1飛灰浸出毒性

經檢測，該批次飛灰浸出液汙染物質濃度檢測結果及GB18598－2001《危險廢物汙染填埋標準》所規定的濃度限值如表1所示。

表1飛灰浸出毒性檢測結果

從表1可以看出，作為正常工況運行所產生的飛灰，除銅、鎳外，其餘各項檢測指標均高於國家所規定的控制限值，特別是鉛含量是國標的7.31倍。因此，該批次飛灰必須經穩定化處理後方可進入安全填埋場。

2.2穩定化處理

通過添加不同類型的螯合劑對其進行固化/穩定化處理，實驗結果如表2所示。

表2不同藥劑穩定化飛灰浸出毒性檢測結果

從表2可以看出，當添加0.8%不同類型解毒劑時，原灰中的各項重金屬離子都呈現出一定程度的降低。從藥劑處理效果來看，螯合劑＞Na2S＞FeSO4•7H2O，原因可能是由於螯合劑中的胺基硫屬於極性分子，帶負電荷，能夠在其周圍形成負電場，從而吸納飛灰中的各種帶正電的重金屬離子，形成難溶性沉澱，而Na2S和FeSO4•7H2O在對重金屬離子進行氧化還原反應時具有選擇性，處理效果相對單一，很難保證所有重金屬離子都發生沉澱反應。再者，螯合劑性能較無機螯合劑穩定，應用性廣，檢測結果顯示，螯合劑處理後飛灰的各項檢測指標均低於國家規定的控制限值。

3.危險廢物焚燒飛灰中重金屬含量及其浸出特性的測定結果

3.1焚燒飛灰中重金屬的含量以及影響重金屬含量的因素分析

在危險廢物焚燒產生的焚燒飛灰中，重金屬是對環境傷害比較大的一種物質，在本次重金屬含量及浸出特性的研究中，共測定出鋅、銅、砷、鉛、鎘、鉻、鎳和汞等八種重金屬，其具體含量信息如表1所示：由以上數據我們可以知道，在Hz、TZ、NB、WZ、HUZ以及LS等六種不同類型的焚燒飛灰中，重金屬的含量均比較高，其中鋅是所有重金屬中含量最高的一種，六種飛灰中含量的平均值達到9458.5mg/kg。我們通過額外的實驗得到了土壤中重金屬含量的平均值，在實驗數據的對比下我們發現，除汞外，其它七種重金屬在六種焚燒飛灰中含量的平均值均超過了其在土壤含量平均值的兩倍。此外，當地的土壤中並未檢測到重金屬汞的存在，但是在模擬環境下的土壤中卻檢測到了微量的重金屬汞。由此我們可以知道，在處理和利用危險廢物焚燒飛灰過程中，其會造成周邊土壤中重金屬汞含量的增加，導致土壤汙染問題。

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