藥劑穩(wěn)定化法處理飛灰中重金屬的研究*

余召輝，張瑞娜，畢珠潔，陳善平

（上海環(huán)境衛(wèi)生工程設計院有限公司，上?！?00232）

藥劑穩(wěn)定化法處理飛灰中重金屬的研究*

余召輝，張瑞娜，畢珠潔，陳善平

（上海環(huán)境衛(wèi)生工程設計院有限公司，上海200232）

采用自主研發(fā)的以氨基羧酸鹽為主的有機復合藥劑處理上海2座生活垃圾焚燒廠的飛灰，對原灰和穩(wěn)定化飛灰分別進行元素化學形態(tài)測試，結果表明：復合藥劑對飛灰中Pb元素的穩(wěn)定化效果最好，其易浸出態(tài)比例從29.60%、27.49%下降到3.05%、0.29%，穩(wěn)定化飛灰的浸出毒性達到GB 16889—2008限值要求，可以進入生活垃圾衛(wèi)生填埋場單獨填埋。

生活垃圾；飛灰；重金屬；藥劑；穩(wěn)定化

飛灰顆粒的比表面積大，達4.08 m2/g，在煙氣凈化過程中易吸附重金屬元素；飛灰中的鉛等重金屬容易浸出，對環(huán)境造成危害，因此飛灰被認為是危險廢物［1］，在《國家危險廢物名錄》中的類別是HW18（焚燒處置殘渣），危險特性是T（Toxicity）。GB16889—2008生活垃圾填埋場污染控制標準規(guī)定生活垃圾焚燒飛灰必須經(jīng)過穩(wěn)定化處理，將其中的有害成分（二惡英和重金屬）降低到規(guī)定限值，才能進入填埋場進行安全填埋。

飛灰穩(wěn)定化技術主要有熔融法、水泥固化法、藥劑固化法等，通過物理化學反應，將飛灰顆粒及其內部的重金屬元素包裹，或轉變?yōu)槎栊晕镔|，降低其浸出毒性。熔融法消耗電能多，水泥固化法增容大（固化物質量增加15%～20%）且長期穩(wěn)定性不好［2］，目前使用最廣泛的是化學藥劑穩(wěn)定化法。藥劑與飛灰中的重金屬發(fā)生反應，將離子態(tài)或不穩(wěn)定態(tài)的重金屬元素轉變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)，降低浸出風險。

飛灰中的毒性主要由重金屬元素形態(tài)決定。離子態(tài)和不穩(wěn)定結合態(tài)的重金屬元素容易因自然風化或雨水浸取而析出，是飛灰危害性的主要來源。Tessier等將固體顆粒中的重金屬化學形態(tài)分為可交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、有機結合態(tài)和殘渣態(tài)5種，并提出了連續(xù)化學提取程序（SEP），采用強度逐步增加的浸取劑和浸取方法處理飛灰，得到相應各形態(tài)的重金屬含量，模擬飛灰在不同自然條件下重金屬釋放到環(huán)境中的可能程度，為重金屬浸出風險評價提供有效依據(jù)。

上海目前進行無害化處理的生活垃圾約20530t/d（2013年），采用焚燒方式處理的生活垃圾有8300t/d（均采用機械爐排爐），飛灰占生活垃圾焚燒總量的1%～3%，飛灰主要采用藥劑穩(wěn)定化后填埋處置；還有5座生活垃圾焚燒廠正在規(guī)劃或建設，垃圾焚燒量和飛灰產(chǎn)生量將進一步增加，對飛灰填埋庫容產(chǎn)生較大壓力。采用藥劑穩(wěn)定化方法處理飛灰，實現(xiàn)飛灰快速處理，增容較小，對上海來說，是可行的技術方案。現(xiàn)在的研究重點在于高效、低成本螯合藥劑的研發(fā)和工程應用。本課題組研發(fā)了一種以氨基羧酸鹽為主的有機復合藥劑，用于處理飛灰，通過測試原始飛灰和穩(wěn)定化飛灰樣品中不同形態(tài)的重金屬含量，評價其使用效果。

1　　材料和方法

1.1飛灰采樣

選取上海A、B生活垃圾焚燒廠的原始飛灰樣品，取樣時焚燒發(fā)電系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)和飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)均正常運行，采樣過程注意樣品的均勻性。

1.2樣品處理

A廠、B廠的原始飛灰中添加5%的課題組自行研發(fā)的有機復合藥劑，將飛灰、藥劑、水充分攪拌3 min，穩(wěn)定化后的飛灰含水率控制在26%，經(jīng)過24～36 h靜置養(yǎng)護后進行連續(xù)提取分析。

1.3連續(xù)提取方法

章驊等［3］在五步法連續(xù)提取程序（SEP）基礎上增加了第1步，采用去離子水作為浸取劑，提取飛灰中的水溶態(tài)重金屬，以觀測強堿性的飛灰與水接觸時的浸出行為。本文采用章驊的六步連續(xù)提取程序，每一步的浸出液采用王水進行消解，最后一步的固態(tài)殘渣采用王水和氫氟酸配合消解，待消解液無色透明時，稀釋定容待測。

1.4分析儀器和方法

待測液過0.22μ m濾膜，進入電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 （ICP-OES，Agilent 720ES）檢測重金屬元素含量，檢測元素有：Pb、Cr、Cu。

2　　結果與討論

2.1飛灰中重金屬元素含量

飛灰樣品中Pb、Cr、Cu元素的含量見表1。

圖2　　生活垃圾焚燒飛灰中Cr形態(tài)分布

圖3　　生活垃圾焚燒飛灰中Cu形態(tài)分布

Pb、Cr、Cu金屬元素的各形態(tài)所占比例在藥劑加入之后都發(fā)生了改變，說明穩(wěn)定化藥劑與飛灰中的金屬元素發(fā)生了化學反應，改變了金屬元素的化學形態(tài)，使其在不同強度的提取液中，浸出量發(fā)生變化。藥劑與飛灰反應前后的部分金屬元素易浸出態(tài)比例見表2。

表1　　飛灰樣品中重金屬元素含量

表2　飛灰樣品中金屬元素的易浸出比例　%

2.2穩(wěn)定化處理前后重金屬元素的形態(tài)分析

飛灰與穩(wěn)定化藥劑反應前后，元素Pb、Cr、Cu的形態(tài)分析結果見圖1～3。

圖1　　生活垃圾焚燒飛灰中Pb形態(tài)分布

金屬元素的水溶態(tài)、可交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)屬于比較容易浸出的元素形態(tài)，將其合并稱為易浸出態(tài)。在自然降雨（酸雨）的影響下，飛灰中易浸出態(tài)重金屬元素極易從顆粒物中析出，進入土壤或地下水，對環(huán)境造成巨大危害。鐵錳氧化物結合態(tài)、有機結合態(tài)和殘渣態(tài)屬于穩(wěn)定化的元素形態(tài)在強酸、強氧化性環(huán)境中也不容易浸出。穩(wěn)定化藥劑與飛灰中的金屬元素反應，使元素的易浸出態(tài)轉變?yōu)榉€(wěn)定化態(tài)，實現(xiàn)飛灰的穩(wěn)定化處理。因此，飛灰重金屬中易浸出態(tài)所占的比例是衡量藥劑穩(wěn)定化效果的重要指標。從圖1和表2中數(shù)據(jù)可知，采用自主研發(fā)的有機復合藥劑處理飛灰后，飛灰中Pb元素的易浸出態(tài)比例從29.60%、27.49%下降到3.05%、0.29%，說明該藥劑對Pb元素的穩(wěn)定化效果明顯。A、B焚燒廠原灰中易浸出態(tài)的Cr、Cu含量本身較低，與藥劑反應前后的變化不顯著。

2.3藥劑實際應用效果

采用自主研發(fā)的有機復合藥劑處理B廠的原始飛灰，藥劑添加量為5%，穩(wěn)定化后飛灰含水率控制在26%，反應24 h后，按照GB 5086.1—1997固體廢物浸出毒性浸出方法翻轉法的程序進行飛灰毒性浸出試驗，各種重金屬元素含量見表3，浸出毒性結果完全達到了GB 16889—2008的規(guī)定，可以進入生活垃圾衛(wèi)生填埋場單獨填埋。

表3　采用有機復合藥劑處理飛灰后的樣品浸出毒性　mg/L

3　　結論與建議

藥劑穩(wěn)定化法處理飛灰，可以有效降低飛灰中的易浸出態(tài)重金屬元素的含量。自主研發(fā)的有機復合藥劑處理效果好，與2座焚燒廠的飛灰反應之后，飛灰中Pb元素的易浸出態(tài)比例從29.60%、27.49%下降到3.05%、0.29%，按照翻轉振蕩法程序測穩(wěn)定化后的飛灰浸出毒性，達到GB16889—2008的限值要求，可以進入生活垃圾衛(wèi)生填埋場單獨填埋。建議將該藥劑推廣應用到實際工程中，實現(xiàn)飛灰的快速穩(wěn)定化處理，使其進入生活垃圾衛(wèi)生填埋場填埋，既能減輕填埋場庫容壓力，也能降低飛灰處置成本。

［1］ 張海英，趙由才，祁景玉.生活垃圾焚燒飛灰的物理化學特性［J］.環(huán)境科學與技術，2008，31（11）：96-99.

［2］ 林祥.城市生活垃圾焚燒飛灰藥劑穩(wěn)定化研究［D］.重慶：重慶大學，2006.

［3］ 章驊，何品晶，劉星，等.靜態(tài)浸出測試評價飛灰及其處理產(chǎn)物的局限性［J］.上海交通大學學報，2008，42（9）：1474-1478.

Study on Treatment of Heavy Metals in Fly Ash by Chelating Agent

Yu Zhaohui，Zhang Ruina，Bi Zhujie，Chen Shanping
（Shanghai Environmental Sanitary Engineering Design Institute Co.Ltd.，Shanghai200232）

The fly ash from two municipal solid waste incineration plantsin Shanghai wastreated by self-developed organic composite chelating agents.The resultsindicated that the stabilization effect of Pb wasthe best，and the easy-leaching ratio decreased from 29.60%and 27.49%to 3.05%and 0.29%.The leachingtoxicityofstable flyash reached the limit ofGB16889-2008，which can beentered into theseparateareain municipalsolid wastelandfillsite.

municipal solid waste；fly ash；heavy metal；chelating agent；stabilization

X705

A

1005-8206（2016）01-0024-03

余召輝（1989—），研究方向為生活垃圾處理及資源化。

上海市國資委項目（2013019）；上海市科委項目（13231201901）；上海市科委創(chuàng)新基金（11231200200）；張江專項（201505-HP-C104-005）

2015-05-29