垃圾分類回收中重金屬污染物的無害化處理策略研究

吳玉生

（山西省環(huán)境保護(hù)技術(shù)評估中心，山西 太原 030024）

重金屬污染是經(jīng)過長期的城市垃圾堆積經(jīng)年累月而成。一座工業(yè)化城市若長期以重金屬材料作為加工原材料，同時還不重視對重金屬污染物垃圾的有效防治，那么這座城市還將會充斥著大量的含有重金屬的垃圾，這座城市周邊土壤、水系以及大氣都將會形成嚴(yán)重的重金屬污染。實(shí)行垃圾分類政策固然可有效緩解重金屬污染物的流出，但是城市垃圾成份復(fù)雜多樣，垃圾分類政策并不能夠完全將重金屬污染物分割開來，因此不論是含重金屬污染物的固體垃圾還是含重金屬污染物的工業(yè)廢水都需要無害化處理技術(shù)的支持，以此來真正實(shí)現(xiàn)城市垃圾重金屬污染物的有效祛除。

1 重金屬污染物處置所面臨的嚴(yán)峻形勢

目前重金屬廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、冶金、能源、機(jī)械制造等各行各業(yè)，與國民經(jīng)濟(jì)、人們的生活息息相關(guān)，重金屬中除了小部分是人體所需要的的微量元素外，其中大部分都是對人體以及生態(tài)環(huán)境有害的。重金屬污染物集中存在于城市垃圾和工業(yè)廢水當(dāng)中，如果沒有對這些城市垃圾和工業(yè)廢水進(jìn)行進(jìn)行合理的重金屬分離處置，直接將其排放至外界，則這座城市周邊土壤、水系以及大氣都將會形成嚴(yán)重的重金屬污染，將會嚴(yán)重威脅人們的身體健康。重金屬能夠在外界或者生物體內(nèi)以多種形式、形態(tài)存在，并通過不斷遷徙、不斷轉(zhuǎn)化和富集的過程在土壤、水系、大氣中不斷循環(huán)，最終通過食物、飲水、呼吸的方式到達(dá)人的體內(nèi)，最終在人體骨骼大面積內(nèi)沉積。

我國環(huán)境重金屬污染在經(jīng)過多年的累積和潛伏過后終于迎來爆發(fā)，現(xiàn)如今重金屬污染物處置正面臨嚴(yán)峻形勢。我國江河湖泊污染問題日益嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計，在被調(diào)查的5.5萬公里的重點(diǎn)污染河段中，因?yàn)楸恢亟饘傥廴疽约坝袡C(jī)氮磷污染的河段達(dá)到4.0萬公里，該河段已經(jīng)基本不具備生態(tài)功能，無法應(yīng)用于灌溉的河段達(dá)到2.68萬公里，魚蝦絕跡河段達(dá)到1.28萬公里，湘江是現(xiàn)在中國重金屬污染最為嚴(yán)重的河段，其中有些河段位置重金屬超標(biāo)甚至達(dá)到上百倍；另外土壤作為重金屬污染物的最終載體，由于重金屬污染物的不可降解性將會給土壤帶來不可挽回的危害，土壤的自凈周期達(dá)到千年以上[1]。

2 重金屬污染物的無害化處理策略研究

重金屬污染物的無害化處理一般包括對固體垃圾焚燒過程中重金屬污染物無害化處理以及含重金屬污染物垃圾廢水的無害化處理。

2.1 固體垃圾中重金屬污染物的無害化處理

現(xiàn)如今固體垃圾一般采用焚燒處理法進(jìn)行處理，該方法能夠有效起到減容、滅菌的效果，已經(jīng)成為國內(nèi)外最主要的固體垃圾處理方式之一，但是垃圾焚燒法也極易造成垃圾的二次污染，其中重金屬就是其中主要污染物之一，經(jīng)過對多個垃圾焚燒廠進(jìn)行跟蹤調(diào)查，結(jié)果是垃圾焚燒廠周圍重金屬濃度正在逐年穩(wěn)步上升中，因此發(fā)展垃圾焚燒過程中對重金屬污染物進(jìn)行無害化處理技術(shù)就勢在必行。目前對于垃圾焚燒重金屬污染物的控制可以分為焚燒控制前、焚燒控制中以及焚燒控制后三部分[2]。

垃圾焚燒前的重金屬控制方式最主要是通過對垃圾進(jìn)行分類回收的方式進(jìn)行控制。將含重金屬濃度較高的垃圾例如廢舊電池、電器等，這樣可以大大減少垃圾中汞、鉛、鎘的含量；同時將垃圾中塑料垃圾、廢舊輪胎等分揀處理，并通過降解或者熱解法處理，這樣也可以減少垃圾中有機(jī)氯的含量，有利于重金屬元素的捕捉以及抑制二噁英的生成。大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都具有良好的垃圾分類回收制度，也具有較為完善垃圾分類回收設(shè)施，無論是從節(jié)約資源方面還是重金屬污染物的預(yù)防方面考慮，我國都應(yīng)該大力開展垃圾的分類回收。

對已經(jīng)分類回收后的固體垃圾組分進(jìn)行重金屬成分測定后指出，即便是將明顯含有重金屬元素的垃圾分離出去之后，經(jīng)過焚燒后依舊會存在大量的重金屬污染物存在，因此實(shí)行垃圾分類政策只能減少重金屬污染物的含量，無法在根本上解決重金屬污染，因此為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，必須對垃圾焚燒過程加以控制，將出現(xiàn)的重金屬污染物進(jìn)行無害化處置。一般來說，祛除重金屬污染的有效機(jī)理包括：①通過降溫使重金屬污染物自動凝結(jié)成顆粒狀后被除塵設(shè)備捕捉；②通過活性炭的吸附效果；③通過催化、改變重金屬的種類，使溫度飽和度較低的重金屬元素凝結(jié)成氧化物；④將焚燒尾氣通過加濕洗滌的方式，以達(dá)到祛除部分水溶性的重金屬化合物目的。根據(jù)冷凝-吸附的原理是重金屬在離開焚燒環(huán)境經(jīng)過冷凝的過程，當(dāng)環(huán)境溫度低于重金屬冷凝溫度時，重金屬會發(fā)生同類核化反應(yīng)或者相互依附，其吸附顆粒的大小取決于在環(huán)境中暴露時間的長短，最終完成捕捉。通過研究發(fā)展重金屬與其他吸附顆粒相互吸附，有利于形成利于捕捉的重金屬化合物，這一過程易于在高于重金屬冷凝溫度下進(jìn)行，從而避免重金屬的同類核化，另外焚燒環(huán)境能夠提高其所需要的能量，冷凝-吸附技術(shù)能夠有效對Hg、Pb、Cd等重金屬完成捕捉。向焚燒中的煙氣加入基于活性碳的吸附劑，可以有效祛除重金屬汞以及酸性氣體二噁英等污染物，活性炭的吸附原理可以理解為分子向碳基體間擴(kuò)散，并利用分子之間的范德華力的作用，將擴(kuò)散的煙氣分子保留在表面，其脫汞效率達(dá)到90%以上，經(jīng)過研究表明，活性炭的吸附效果受多種因素影響，例如氣體分子溫度、活性炭類型以及碳表面面積等活性炭一般分為熱力活性炭和化學(xué)活性炭兩種，熱力活性炭在室溫下對部分重金屬元素具有90%以上的捕捉率，高于化學(xué)活性炭，但是易于受到來自溫度的影響，其吸附率就會大打折扣，隨溫度的上升，對于汞的吸附率會急劇下降，化學(xué)活性炭則沒有此問題。在完成汞的捕捉后，還需要對焚燒過程中產(chǎn)生的鉛、鎘進(jìn)行控制，其吸附機(jī)理不在于物理吸附而更加趨向于化學(xué)吸附或者反應(yīng)吸附，可以采用向焚燒火焰中加入高嶺土，祛除效果非常有效。對于焚燒尾氣采用加濕洗滌的方式不僅能夠祛除尾氣中的酸性氣體二氧化硫和二氧化氮等，還能有效祛除尾氣中水溶性的重金屬化合物，但是這種方式會大量對水資源造成污染，之后還需要對污水進(jìn)行二次凈化。

在完成固體垃圾的焚燒工作之后，還需對焚燒過后的底灰進(jìn)行處理，其中依舊還會含有一定量的重金屬元素，如若直接埋于土壤或者應(yīng)用于建材行業(yè)，將會對環(huán)境進(jìn)行二次污染，對人的身體健康造成嚴(yán)重危害。焚燒后的灰處理的標(biāo)準(zhǔn)就是能夠直接埋于土壤，而不會產(chǎn)生危害，經(jīng)過X射線熒光光譜儀測定灰燼的主要成分，可以得出灰燼內(nèi)部摻雜著CI、Na、K、Ca、S等重金屬物質(zhì)，垃圾灰燼的重金屬無害化處理技術(shù)一般分為兩類，首先采用對于重金屬的固化穩(wěn)定技術(shù)，通過加入化學(xué)試劑以及穩(wěn)定物質(zhì)，將重金屬物質(zhì)穩(wěn)定或者穩(wěn)固在其中，例如水泥固化技術(shù)、瀝青固化技術(shù)以及重金屬螯合技術(shù)等，但是經(jīng)過固化的含重金屬污染物的灰燼埋于土壤之后，經(jīng)過時間的流逝，固化效果會逐漸降低，依舊存在二次污染的可能，因此可以采用另外一種方法是重金屬提取技術(shù)，通過向含重金屬污染物的灰燼加入浸出試劑，浸出所含的重金屬物質(zhì)，將重金屬物質(zhì)加以回收利用。例如有機(jī)酸浸出、無機(jī)酸浸出、微生物浸出等浸出技術(shù)。重金屬浸出技術(shù)從根本上解決了垃圾焚燒后灰燼的重金屬污染物的無害化處理問題，避免了環(huán)境的二次污染。

2.2 重金屬污染物廢水的無害化處理

城市工業(yè)廢水如不經(jīng)過處理直接排入江河湖泊將會給生態(tài)環(huán)境造成毀滅性的破壞，還會間接影響人們身體健康狀況。重金屬污染物廢水的無害化處理技術(shù)可以分為化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、介質(zhì)提取技術(shù)以及物理化學(xué)濃縮技術(shù)。接下來文章將對幾種常用的重金屬污染物無害化處理技術(shù)進(jìn)行分析，并完成重金屬污染物無害化以及資源化的新的技術(shù)路徑[3]。

化學(xué)沉淀法是目前重金屬污染物廢水處理技術(shù)中應(yīng)用最早的一種技術(shù)，利用氧化鐵來完成重金屬污染物的沉淀，將微電解材料碳、鐵等投入到重金屬廢水的電解質(zhì)溶液當(dāng)中，其中在正極會發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極則會發(fā)生還原反應(yīng)，就可以運(yùn)用這一反應(yīng)來對重金屬廢水進(jìn)行處理，在電解質(zhì)溶液中會產(chǎn)生二價鐵、三價鐵等新型的電解質(zhì)離子，它可以有效的將工業(yè)廢水中的有重金屬元素直接進(jìn)行還原，從而沉淀成顆粒狀，以此來滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

物理吸附法是祛除廢水中重金屬污染物最有效、最經(jīng)濟(jì)的一種方法，可以利用活性炭、聚糖樹脂、腐植酸等物質(zhì)對含重金屬污染物廢水進(jìn)行物理吸附。活性炭裝備較為簡單，不僅僅是針對重金屬污染物，在處理其他廢水等方面同樣也具有顯著效果，但是活性炭的再使用率較低，一般很難重復(fù)使用；聚糖樹脂對重金屬離子具有良好的吸附效果，聚糖樹脂能夠重復(fù)多次使用，經(jīng)過測試，在使用聚糖樹脂10次后，其吸附容量并沒有明顯降低；腐植酸是一種較為廉價的物理吸附劑，能夠有效處理重金屬污染物廢水中的Cr、Ni等重金屬離子。

膜法水處理技術(shù)膜法水處理技術(shù)是超濾（UF）、微濾（MF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、電滲析以及其他不同膜過程有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)凈化重金屬污染物廢水目的的深度水處理技術(shù)。含有Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等重金屬離子廢水適用于電滲析技術(shù)處理；反滲透（RO）用于Zn、Ni、Cr等重金屬污染物廢水；另外電鍍廢水中的重金屬離子回收具有一定困難，普通廢水處理方式很難達(dá)到有效的效果，相比之下膜法水處理技術(shù)技術(shù)在電鍍污水處理過程中則能夠有效去除電鍍廢水中的重金屬離子以及降低有機(jī)碳、鎳導(dǎo)電率等，從而顯著減少電鍍廢水中有害物質(zhì)濃度。

對重金屬無害化處理過程中產(chǎn)生的重金屬濃縮液需要對其進(jìn)行相應(yīng)的資源化處理，首先可以通過硫化沉淀法將沉淀的重金屬物質(zhì)直接進(jìn)行冶煉；其次通過絮凝法絮凝后經(jīng)過干燥后很容易將重金屬物質(zhì)單質(zhì)出來；最后還可以通過肥料制作、塑料加工等技術(shù)將重金屬物質(zhì)進(jìn)行資源化處理。具體明細(xì)如表1所示。

表1 典型的重金屬污染物廢水無害化資源化路徑表

3 結(jié)語

綜上所述，通過對重金屬污染物的無害化處理策略進(jìn)行研究，了解到重金屬污染物的無害化處理技術(shù)對生態(tài)環(huán)境的改善、人們的身體健康狀況都具有重要幫助。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們的環(huán)保意識正在一步步增強(qiáng)，這就要求我們在自身發(fā)展的同時還應(yīng)該積極吸取國外先進(jìn)的處理技術(shù)，①嚴(yán)格執(zhí)行國家垃圾分類回收制度，減少重金屬垃圾來源，回收可利用、可再生資源；②嚴(yán)格控制垃圾焚燒過程中重金屬無害化處理標(biāo)準(zhǔn)，未達(dá)標(biāo)嚴(yán)禁排放；③嚴(yán)格控制工業(yè)廢水、電鍍廢水重金屬污染物濃度，必須經(jīng)過凈化處理，未達(dá)標(biāo)嚴(yán)禁排放；4、改進(jìn)凈化工藝，減少二次污染，盡量做到無害化和資源化處理。