危险废物焚烧飞灰中重金属的稳定化处理

危险废物焚烧飞灰中重金属的稳定化处理

张晓雨

宁波大地化工环保有限公司浙江宁波315204

摘要：固化/稳定是有毒和危险废物的国际处理主要方法之一。传统的稳定剂在酸性和碱性条件下处理飞灰重金属的影响并不理想。重金属在自然环境中是很容易浸出，不能满足危险废物填埋标准。因此，寻找稳定剂用量小，耐酸碱浸出能力强，性质稳定的解决城市生活垃圾焚烧飞灰问题是一项紧迫的任务。

关键词：危险废物；焚烧飞灰；重金属；稳定化处理

前言

近年来，随着我国经济的飞速发展，来源于工矿企业和医疗机构的危险废物越来越多地被排放到环境中，若不经过妥善的处理，将会对环境和人体健康造成严重的威胁。目前，填埋和焚烧是处理排放废物的主要方式，其中减量化、无害化、资源化处理危险废物是焚烧处理危险废物最有效的方法之一。但是危险废物焚烧产生的飞灰中富集了大量重金属、二噁英等污染物，而且飞灰产量大，浸出毒性高，为减少对环境造成的危害，必须对其进行安全有效的处理。

1垃圾焚烧飞灰处理分析

目前垃圾焚烧飞灰处理方式主要有水泥固化、热处理和化学稳定化。其中，化学稳定化是通过化学药剂将飞灰中的有害物质转化为低溶解性、低迁移性、低毒性物质的过程。化学药剂分为无机药剂和有机螯合剂。无机药剂包括磷酸、磷酸盐、硫化钠、绿矾、石灰等归。其成本较低、应用广泛，但药剂消耗大，其稳定化产物抗酸碱变化的能力差，稳定后的重金属容易再度浸出，难以满足危险废物处理的长期安全性。有机螯合剂稳定效率高，稳定化产物长期稳定性较好、抗环境冲击能力强。

2实验部分

2.1实验材料

实验所用垃圾焚烧飞灰取自焚烧后的布袋除尘器，取样方法参照《工业固体废物采样制样技术规范》和《固体废弃物实验分析评价手册》。飞灰外观颜色为暗灰色，形态呈粉末状，对飞灰样品首先进行均匀化处理，并在１０５℃下干燥至恒重。本实验所用的试剂均为分析纯试剂，购于上海市国药集团有限公司。传统稳定药剂二巯基琥珀酸（DSMA）、硫化钠（Na２S）、磷酸钠（Na３PO４），均为分析纯试剂。

2.2飞灰稳定化处理

四种稳定剂，均按照飞灰质量的１％、３％、５％、７％、１０％来添加，按照水灰比为３０％将药剂溶于相应量的去离子水中，再与飞灰充分搅拌混合，置于空气中自然养护至风干，即得到飞灰稳定化产物。

2.3飞灰重金属浸出毒性分析

2.3.1有效浸出测试

取一定量飞灰于浸提瓶中，按照液固比为１００∶１（L/kg）加入相应体积的浸提剂去离子水，用硝酸调节pH值为７，磁力搅拌３h后用０.４５μm微孔滤膜抽滤，滤饼放于浸提瓶中，再加入与上一步同体积的去离子水，用醋酸调节pH值为４，磁力搅拌３h后用０.４５μm微孔滤膜抽滤，将两次抽滤液混合后，测定混合液的重金属浓度，采用电感耦合等离子原子发射光谱（ICP）测定Cd、Pb、Zn重金属元素的含量，采用原子荧光光度计测定Hg的含量。与垃圾填埋标准限值相比较。

2.3.2pH－Stat浸出实验

取一定量的飞灰于浸提瓶中，按照液固比为２０∶１（L/kg）加入相应体积的浸提剂（蒸馏水，NaOH溶液浓度分别为０.０５和０.１０mol/L，HNO３溶液浓度分别为０.０５、０.１０、０.２０、０.３０、０.４０、０.５０、０.６５、０.７５、０.８０和１.００mol/L），盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上，调节转速为３０±２r/min，于２３±２℃下振荡１８±２h，浸出液经０.４５μm微孔滤膜过滤后，测定滤液中重金属浓度，采用电感耦合等离子原子发射光谱（ICP）测定Cd、Pb、Zn重金属元素的含量，采用原子荧光光度计测定Hg的含量。与垃圾填埋标准限值相比较。

2.3.3重金属形态分布

采用Tessier连续浸提实验对稳定后的飞灰中的重金属进行形态分布分析。土壤重金属的形态包括离子可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态以及残渣态。

3结果与讨论

3.1有效浸出实验

有效浸出测试（ALT）反映了在最不利环境条件下飞灰重金属最大可浸出量。经药剂TE－９CSSNa、DSMA、Na２S、Na３PO４处理后的飞灰，当药剂投加量不同时重金属Cd、Hg、Pb和Zn的有效浸出浓度。从结果可以看出，随着药剂投加量的增加，稳定后飞灰中重金属Cd、Hg、Pb、Zn的有效浸出浓度随之降低。但在１０％Na２S和Na３PO４稳定后的飞灰重金属有效浸出浓度远超出标准限值。而有机合成稳定剂TE－９CSSNa投加量为５％时，飞灰中重金属浸出量远远低于经１０％投加量的传统稳定剂稳定后飞灰中重金属浸出量。当投加量为１０％时，TE－９CSSNa的飞灰稳定化产物中Cd、Hg、Pb和Zn的最大浸出浓度均能达到填埋标准限值以下。所以，在实际填埋处理中，TE－９CSSNa稳定化后的飞灰中的重金属更不易向环境中渗露，大大减少了稳定化飞灰对环境的二次污染，也说明TE－９CSSNa药剂相比传统药剂更具优越性。

3.2重金属形态分布

通过不同药剂在３％投加量下的多级浸提实验来分析药剂对飞灰中重金属的形态分布的影响。投加量为３％的TE－９CSSNa和Na２S稳定化飞灰后重金属Cd、Hg、Pb和Zn的形态分布。与原始飞灰相比，药剂稳定后的飞灰重金属中的可交换态和碳酸盐结合态明显下降，其中药剂TE－９CSSNa稳定化的飞灰效果最为显著，可交换态含量快速下降至几乎为０，碳酸盐结合态和Fe－Mn氧化态也相应降低，同时残渣态含量增高。表明药剂TE－９CSSNa的添加，有助于飞灰重金属的可交换态和碳酸盐结合态这种不稳定的形态向残渣态和有机结合态这种稳定的形态转化，有效地降低了重金属在环境中的迁移性，提高了飞灰在环境中的稳定性。

4结论

（１）TE－９CSSNa稳定后的飞灰能够显著降低飞灰中重金属的有效浸出毒性，稳定效果优于传统药剂Na２S、Na３PO４和DSMA。

（２）TE－９CSSNa稳定后的飞灰抗强酸强碱性能较好，更能适应填埋场pH值变化的环境条件，稳定效果显著。

（３）TE－９CSSNa稳定后的飞灰，可将飞灰中的重金属可交换态和碳酸盐结合态转化为有机结合态和残渣态，有效降低了飞灰重金属在环境中的迁移性，提高了环境安全。

参考文献

[1]徐颖，陈玉，冯岳阳.重金属螯合剂处理垃圾焚烧飞灰的稳定化技术[J].化工学报，２０１6，（５）.

[2]张旭健，王廖沙，王文丰，等.一种处理垃圾焚烧飞灰的新型重金属螯合剂[J].环境科技，２０１7，（３）