典型城市生活垃圾焚烧飞灰特性分析和重金属稳定化效果研究

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随着我国生活垃圾焚烧处理比例的逐年增加,焚烧飞灰产生量显著增加。因重金属在飞灰中富集,不合理的处置会产生比较高的环境风险。本文基于现阶段国内外研究现状,通过从国内多个城市取得生活垃圾焚烧飞灰,分别选取常规稳定化药剂(螯合剂和磷酸盐)以及新型吸附材料(铝泥,Al-WTR;生物羟基磷灰石,Bio-HAP),探究稳定化处理前后重金属的(Pb、Zn、Cd、Cr、As、Sb)赋存状态、溶出行为以及环境风险,以期为生活垃圾焚烧飞灰的规范化管理提供科学依据和理论参考。主要结论如下:(1)从浙江、上海、成都、青岛、威海等省/城市收集飞灰样品,探究飞灰中重金属的污染特性。研究结果表明:飞灰样品总体上呈现球状的表面微观结构,部分呈现针型结构;飞灰中主要的化学成分是Ca O、SO3、Cl等,所含矿物主要为Na Cl、KCl、Ca Cl OH、Ca SO4、Ca Cl2等;飞灰的p H一般高于12,电导率高于9 m S/cm,氧化还原电位呈负值,含有大量碱性物质和可溶性盐类物质,具有较强的酸中和能力和极强的还原性;重金属总体上呈现Zn>Pb>Ba>Cu>Sb>Cd>Cr>As>Ni>Se的趋势;连续提取实验可知,Zn、Cu、Cd、Ni、Ba主要以酸提取态和残渣态存在,Cr、Sb、As主要以表面吸附态、酸提取态和残渣态存在,Pb主要以水溶态和酸提取态存在,Se主要以水溶态、表面吸附态、酸提取态存在;浸出结果表明,飞灰中Zn、Cr、As、Ni、Ba和Se浸出浓度未超标,Pb、Cd、Sb浸出浓度较高,存在较高的环境风险。(2)选取常规稳定化药剂螯合剂和磷酸盐,探究复合配比、稳定化时间对重金属稳定化效果的影响。研究结果表明:不同的稳定化时间对重金属的稳定化效果无明显影响;稳定化后飞灰中主要矿物未发生明显变化,浸提液p H和EC显著降低;经稳定化处理后,飞灰中Pb由水溶态和酸提取态向铁铝氧化物结合态和残渣态转变,Zn、Cd、Cr、Cu、Ba和Ni均以酸提取态和残渣态为主,As的结合形态由表面吸附态和酸提取态转变为残渣态,而Sb则转化为水溶态、表面吸附态和铁铝氧化物结合态,Se仍以表面吸附态、酸提取态和残渣态存在;稳定化后飞灰中Pb和Cd的浸出浓度降低,环境风险降低,螯合剂稳定化效果最好,去除率最高达95%以上,螯合剂和磷酸盐复合配比处理的效果优于磷酸盐稳定化;重金属Cr、Cu、Ba和Ni的浸出浓度未超标,环境风险低,复合配比处理的效果优于螯合剂稳定化或磷酸盐稳定化;而Zn、As和Sb中仍然存在着超标的现象,Zn环境风险降低,但As和Sb仍具有较高的环境风险。(3)选取Al-WTR和Bio-HAP为吸附材料,探究Al-WTR和Bio-HAP复合配比下对飞灰重金属的稳定化效果。研究结果表明:稳定化后飞灰中Pb、Zn、Cd、Cu和Cr仍主要以酸提取态和残渣态存在,As的表面吸附态含量明显降低,转化为铁铝氧化物结合态、酸提取态和残渣态,而Sb的酸提取态和残渣态含量降低,转化为水溶态、表面吸附态和铁铝氧化物结合态;单独Al-WTR对Pb和Cd的稳定化效果最好,稳定化后浓度较低,环境风险降低;Zn、Cu、Cr、As和Sb的浸出浓度明显降低,环境风险降低,Al-WTR和Bio-HAP复合配比稳定化效果最好。综上,常规稳定化药剂(螯合剂和磷酸盐)以及吸附材料(Al-WTR和Bio-HAP)均可有效固定飞灰中重金属,稳定化过程中重金属化学形态发生明显变化,浸出浓度降低,复合配比时稳定化效果优于单一药剂稳定化。
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