針對(duì)城市生活垃圾焚燒后的重金屬遷移特性分析

■郭軍

（黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院黑龍江哈爾濱401331）

針對(duì)城市生活垃圾焚燒后的重金屬遷移特性分析

■郭軍

（黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院黑龍江哈爾濱401331）

由于城市化速度加快、城市人口激增，所以城市生活垃圾數(shù)量不斷增加，當(dāng)前在生活垃圾處理中焚燒法依舊是主要方法之一，但是焚燒過(guò)程中容易產(chǎn)生帶有重金屬的煙氣造成環(huán)境二次污染，所以本文將針對(duì)城市生活垃圾焚燒后重金屬遷移特性進(jìn)行研究。

城市生活垃圾 焚燒處理 重金屬遷移特性

引言：城市生活垃圾焚燒后的重金屬遷移特性受到溫度、氧化性氣氛下氮氧比等因素的影響，并且重金屬煙塵具有一定的污染作用，做好重金屬遷移特性研究對(duì)環(huán)保工作具有較高價(jià)值。

1　城市生活垃圾焚燒中的重金屬來(lái)源

城市生活垃圾一般都需要分類處理，當(dāng)前垃圾處理的一種重要方法就是焚燒發(fā)電等。由于采取焚燒的垃圾內(nèi)部有時(shí)會(huì)混入具有毒害作用的重金屬，經(jīng)焚燒后就會(huì)造成隨飛灰及底灰擴(kuò)散的現(xiàn)象，造成重金屬污染。一般垃圾中的重金屬主要有鉻、銅、鉛等，其中油氣、化學(xué)藥品等是鉻的主要來(lái)源；電鍍產(chǎn)品、涂料、電子材料等是銅的主要來(lái)源；鉛(Pb)主要來(lái)源于汽車添加劑、橡膠、報(bào)紙、織物、木塊、塑料、焊接劑、電池、涂料、農(nóng)藥等;鎘(Cd)主要來(lái)自鎘電池、墨汁、尤其、涂料、電鍍制品、顏料等;汞(Hg)主要來(lái)源于熒光燈、汞合金、電池、農(nóng)藥、溫度計(jì)等;鋅(Zn)主要來(lái)自干電池、鍍鋅、橡膠制品、涂料、防腐劑、木材等。

2　城市生活垃圾焚燒后重金屬遷移特性實(shí)驗(yàn)

2.1制備實(shí)驗(yàn)所需樣品

實(shí)驗(yàn)中所使用的材料是城市日常生活垃圾，隨機(jī)抽取100千克城市生活垃圾，然后對(duì)其進(jìn)行混合攪拌，并采用四分法提取實(shí)驗(yàn)垃圾材料。將垃圾材料混合處理后，將其放在105℃的高溫下烘干24小時(shí)，充分去除內(nèi)部水分，然后篩取150目以下的顆粒，相關(guān)混合實(shí)驗(yàn)材料主要由廚余、廢紙、金屬、橡膠、塑料、紡織物等組成。

2.2選用的實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由供氣裝置、管式爐、尾氣收集裝置組成，在使用中使氮氧混合氣以1.5L·min-1的速率供氣，從而將焚燒的煙氣帶出，然后通過(guò)冷卻裝置將煙氣傳送到吸收液中，所選用的吸收液依次為純凈水、10%H2O2與5%HNO3溶液2瓶、4%KMnO4與10%H2SO4溶液2瓶、硅膠，通過(guò)他們對(duì)飛灰進(jìn)行吸收處理。

2.3采取的實(shí)驗(yàn)及樣品分析法

實(shí)驗(yàn)中以0.5g垃圾樣品為一次實(shí)驗(yàn)用量，將垃圾樣品使用瓷勺房屋試管爐內(nèi)焚燒，焚燒的溫度應(yīng)在600～900℃之間逐步遞增，焚燒的氧氮?dú)夥毡葹?∶9、2∶8、3∶7，并選用CaCl2、CaO、MgO、Al2O3等作為添加劑，并對(duì)焚燒產(chǎn)生的煙氣、飛灰進(jìn)行吸收，當(dāng)垃圾樣品質(zhì)量保持不變后，取出殘?jiān)鼈?cè)重。

垃圾經(jīng)焚燒處理后，使用HNO3-HF-HClO4法對(duì)灰渣溶解處理，并將其放入原子吸收光譜分析儀中進(jìn)行重金屬含量的測(cè)定，從而計(jì)算出灰渣中重金屬所占比重及含量，然后應(yīng)用EPAMETHOD29法對(duì)處理吸收液，并將鹽酸羥胺溶液滴入初始吸收液中，使溶液變成物色后在用原子吸收光譜儀對(duì)吸收液的重金屬含量比重進(jìn)行檢測(cè)。

3　結(jié)果與討論

3.1重金屬遷移特性受到溫度的影響分析

當(dāng)垃圾焚燒溫度不斷升高的時(shí)候，底灰中重金屬殘留量就會(huì)快速降低，從而大幅度提升飛灰中重金屬含量，所以溫度對(duì)垃圾焚燒后的重金屬遷移特性影響顯著。

首先在不同溫度段內(nèi)鉛元素?fù)]發(fā)率相對(duì)均勻，由于鉛熔沸點(diǎn)低的原因，低熔點(diǎn)鉛化合物會(huì)在600℃的時(shí)候開(kāi)始揮發(fā)，當(dāng)溫度升高至800℃時(shí)含鉛的氯化物、氧化物隨之揮發(fā)，當(dāng)達(dá)到900攝氏度高溫時(shí)，底灰渣中的鉛元素基本揮發(fā)殆盡。其次，在600℃高溫狀態(tài)下鉻元素基本揮發(fā)殆盡，在700～900℃時(shí)已經(jīng)基本沒(méi)有鉻元素繼續(xù)揮發(fā)了。最后鋅元素與銅元素在整個(gè)高溫焚燒的各個(gè)階段會(huì)發(fā)亮都比較均勻，鑒于其氯化物熔沸點(diǎn)低的特性，所以在溫度不斷上升的時(shí)候，垃圾中的重金屬氯化物揮發(fā)到飛灰中的總量會(huì)有所上升。

3.2城市垃圾中重金屬遷移特性受到的氧化性氣氛下氮氧比重的影響

可以發(fā)現(xiàn)氮氧比重的變化對(duì)垃圾焚燒中重金屬的遷移影響不是很明顯?；趯?duì)焚燒垃圾過(guò)程中的氮氧比進(jìn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)垃圾中鉛、鉻、銅等重金屬的揮發(fā)率變化較小，并受到氧化性氣氛的抑制作用，致使其重金屬揮發(fā)量減少，所以氧化性氣氛下氮氧比的變化對(duì)垃圾焚燒中重金屬的遷移特性影響不大。

3.3重金屬遷移特性受到添加劑的影響分析

在進(jìn)行城市垃圾焚燒實(shí)驗(yàn)中所使用的添加劑多數(shù)為氯化物及氧化物溶液，添加劑的總量也控制在了垃圾樣品總量的2%～20%之內(nèi)，在使用前都在烘箱內(nèi)經(jīng)過(guò)了24小時(shí)80℃的烘烤。

首先分析氯化物對(duì)重金屬遷移特性的影響：當(dāng)添加相同質(zhì)量的0.1gNaCl、KCl、CaCl2時(shí)，鉛、銅、鋅的揮發(fā)率分別上升為“43.8%、8.1%、51.9%”“32.6%、30.8%、36.5%”“10.7%、7.0%、11.4%”。這是因?yàn)镃I的分子鍵在無(wú)機(jī)氯化物中鍵能較弱，在垃圾混合物中焚燒的時(shí)候CI可以輕易析出，然后與重金屬混合成揮發(fā)壓力高、低沸點(diǎn)的金屬氯化物，由于金屬氯化態(tài)比氧化態(tài)的揮發(fā)壓力高，所以在垃圾中混合大量氯時(shí)就會(huì)讓焚燒的CI元素快速的在適當(dāng)條件下與重金屬發(fā)生反應(yīng)，變成沸點(diǎn)低、顆粒小的氯化物，從而使重金屬揮發(fā)速度加快，讓重金屬?gòu)牡谆铱焖俚倪w移到飛灰當(dāng)中。在研究中發(fā)現(xiàn)他們對(duì)重金屬揮發(fā)特性影響大小的比重依次為Ca-Cl2＞NaCl＞KCl。

其次分析氧化物對(duì)重金屬淺議特性的影響：在700℃的情況下一次添加適量的0.1gCaO、MgO、Al2O3，發(fā)現(xiàn)垃圾樣品中鉛、銅、鋅的揮發(fā)率依次降低了“34%、38.2%、33.2%”“24.4%、-5.6%、23.4%”“27%、43.9%、35.6%”。由此可以看出重金屬淺議特性受到了氧化物的方面影響，當(dāng)氧化物添加量增加的時(shí)候重金屬向飛灰中遷移的速度就會(huì)降低，這主要是由于氧化物產(chǎn)生的吸附作用有效的與重金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)結(jié)合成為高熔沸點(diǎn)氧化物，讓他們沉淀囤積在了底灰中，使其不能輕易揮發(fā)。其中重金屬揮發(fā)特性受到氧化物抑制能力的大小為MgO＞Al2O3＞CaO。

4　結(jié)論分析

經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：重金屬遷移特性受到焚燒溫度影響顯著；氧化性氣氛下氮氧比的變化對(duì)垃圾焚燒重金屬遷移特性影響不大，在低溫的時(shí)候氮氧比對(duì)焚燒中的垃圾重金屬遷移特性影響效果比較顯著，在高溫下會(huì)重金屬揮發(fā)速度影響微乎其微。當(dāng)添加適量重金屬時(shí)對(duì)垃圾焚燒中重金屬遷移特性影響顯著，當(dāng)CaCl2、NaCl、KCl添加質(zhì)量相同的時(shí)候，影響作用依次為CaCl2＞NaCl＞KCl；當(dāng)CaO、Al2O3、MgO添加質(zhì)量相同時(shí)，影響作用依次為MgO＞Al2O3＞CaO。

[1]趙曦 李娟等.廣東某大型城市生活垃圾焚燒廠9種重金屬的遷移特征.環(huán)境污染與防治2015年06期.

[2]吳楨芬蘇有勇等.氣氛對(duì)垃圾焚燒中重金屬遷移特性的影響.環(huán)境工程學(xué)報(bào)2011 年07期.

[3]張厚堅(jiān)劉海娟等城市生活垃圾焚燒處理過(guò)程中重金屬遷移規(guī)律研究.環(huán)境工程學(xué)報(bào).2013年11期.

F3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-482-1