高钙特征焚烧飞灰的加速碳酸化处理及对重金属浸出特性的影响

针对生活垃圾焚烧飞灰的高钙含量特征,在室温下采用CO2对焚烧飞灰在液固比(L∶S)为0.25∶1的条件下进行加速碳酸化处理,考察加速碳酸化处理对焚烧飞灰中重金属(As、Cd、Cu、Zn、Sb、Pb)浸出特性的影响.焚烧飞灰XRD分析表明,加速碳酸化处理后飞灰中的Ca(OH)2和CaClOH衍射峰消失,而CaCO3的衍射峰增多,且强度增加.加速碳酸化处理后飞灰中铅的形态发生了改变,并且能够检测到铜的化合物.TG/DTA分析表明,焚烧飞灰在440℃之前增重达到5.70%,SEM-EDS分析证实了Ca(OH)2(s)+CO2(g)→CaCO3(s)反应的发生.焚烧飞灰加速碳酸化处理后的TCLP浸出实验表明,碳酸化时间在2 h内,重金属的浸出浓度除Cd保持不变外都显著下降;而当碳酸化时间超过50 h后,重金属的浸出浓度除Pb外普遍高于飞灰未经碳酸化处理时的浸出浓度.     

添加剂和水洗对焚烧飞灰烧结过程中重金属迁移特性的影响

研究了添加剂（粘土和粉煤灰）、水洗预处理对焚烧飞灰烧结过程重金属（Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）迁移特性的影响.水洗时间为8、 16、 24 h.烧结实验条件为成型压力3 kN,烧结温度1 100℃,烧结时间4 h.结果表明,在飞灰中粘土添加比例增加到70%时,重金属Cd的固化率从16.96%升高到28.42%,Pb的固化率从10.58%升高到37.02%, Cu的固化率从46.38%上升到55.14%,Zn的固化率从42.14%上升到64.47%,Ni和Cr的固化率总体上呈现下降的趋势.总体上添加粘土对焚烧飞灰烧结过程中重金属的固定效果有限.当粉煤灰在烧结前样品中的比例增加时,Cd的固化率从16.96%下降到4.67%,Cu的固化率从46.86%上升到81.43%.粉煤灰的加入对于Zn和Pb的影响不大,对于Ni和Cr的影响规律也不明显.水洗预处理可以把Cd、Cu和Pb的固化率提高到80%以上.焚烧飞灰烧结体TCLP浸出测试表明,添加粘土和粉煤灰以及水洗预处理后,焚烧飞灰烧结试体的重金属浸出浓度普遍较低.     

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO₂对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.     

不同粒径垃圾焚烧飞灰重金属分布和浸出性质

对烟气净化系统飞灰(以下简称飞灰)按粒径进行分级,研究了飞灰重金属含量、形态分布和浸出毒性随粒径的变化,讨论了不同粒径的飞灰对重金属总量和浸出总量的贡献率.结果表明:飞灰中粒径>154 μm和<30 μm的颗粒较少,粒径为38.5～74 μm的颗粒约占总量的50%.除Ni和Cr外,重金属含量随飞灰粒径的减小呈增加趋势,且主要表现在酸溶态Cd,Zn,Pb,Cu和有机结合态Pb以及晶形氧化铁态Pb,Zn含量的增加.随着飞灰粒径的减小,Cr,Ni,Zn,Hg和Pb的浸出量也呈逐渐增加趋势,其中Zn,Hg和Pb的表现尤为突出.尽管细颗粒上的重金属对飞灰的重金属总量贡献不大,但高浸出率使细颗粒飞灰对重金属浸出总量仍具有较大贡献,尤其是Pb,Zn和Hg,在占飞灰质量8%的粒径<30 μm的飞灰中,富集了约40%的水溶性Pb,Zn和Hg.      

传统酸浸和微波酸浸处理飞灰重金属的效果及重金属的形态变化特征

采用HCl作为浸出剂,在不同的浸出条件下对垃圾焚烧飞灰中重金属进行浸出试验,并采用连续提取程序对酸浸稳定化处理前后的Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn进行形态分析,研究了传统酸浸和微波酸浸对7种重金属的浸出效率及处理前后的形态变化特征.结果表明,酸浸处理能够有效地从飞灰中提取重金属,浸出效率依次为Zn≈Pb＞Cd＞Mn＞Cu＞Cr＞Ni.微波效应可以明显提高大部分重金属的浸出效率,在液固比(L/S)=25 mL/g、时间7 min和1 mol·L-1HCl条件下Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn的浸出率分别为80.17%、15.05%、58.25%、62.42%、8.88%、89.25%和93.03%.对飞灰酸浸残渣进行的连续提取实验表明,传统和微波酸浸处理后飞灰中重金属的可交换态、碳酸盐结合态和Fe-Mn氧化物结合态明显减少,重金属以残留态存在为主,飞灰稳定性显著提高.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的分布规律及浸出特性

文章研究了上海某垃圾焚烧厂不同粒径飞灰中重金属的分布特性。结果表明,大部分飞灰聚集在38～280μm,其中在38～53μm飞灰约占总量的50%。飞灰中重金属在不同粒径中的含量分布规律均为:Pb>Zn>Cu>Cr>Cd>Ni;除Ni和Cr外,重金属Zn、Cd、Cu和Pb都普遍表现出向小颗粒富集的趋势。重金属在不同粒径中的浸出量均为:Pb>Zn>Cr>Ni>Cu>Cd;Cr、Ni、Cu和Cd的浸出量随飞灰粒径的减小呈增加趋势,而Zn在106～280μm和Pb在75～106μm处的浸出量都经历了一个陡增过程。不同重金属的主要化学形态各不相同,除Ni和Cr外,其它重金属的主要形态都呈不稳定性。随着飞灰粒径的减小,碳酸盐结合态的Cd、Pb、Zn、Cu和铁锰氧化物结合态的Pb、Zn、Cu的量逐渐增加;残留态的Zn和有机结合态的Cu则不增反减;Ni和Cr的各形态分布规律不明显。     

福州地区垃圾焚烧飞灰中矿物组分和重金属污染特征

采集福州某焚烧发电厂飞灰,分析和对比不同地区矿物组分和重金属污染特征。结果表明:此飞灰主要矿物组分除CaCO₃和SiO₂外,还包含可溶性氯盐(NaCl、KCl)和不可溶氯盐(AlOCl)。重金属总量顺序为Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Cr＞Ni。与全国不同地区的飞灰一致,Zn和Pb总量均较高;Pb超出GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染物控制标准》的浸出毒性标准限值。形态分析结果表明,Cd(83.3%)和Cu(66.2%)的不稳定态占比高,Zn(47.0%)和 Pb(36.6%)的不稳定态也具有一定占比。相比于短期浸出和浸提剂种类(纯水、醋酸和盐酸),5 mol/L盐酸长时间重金属浸出效果显著,Zn和Pb浸出浓度明显增强,且Zn最大;受形态和总量影响,Cu、Cd、Cr和Ni浸出浓度相对较低。因此,飞灰长期堆积在环境中仍具有较高的潜在风险。不同区域飞灰的矿物相及其重金属污染特征存在一定普遍规律,并具有地域特征。该研究成果可为后期飞灰固定稳定化方法提供数据支撑。     

烟气净化工艺和焚烧炉类型对生活垃圾焚烧飞灰性质的影响

焚烧炉类型、烟气净化工艺和垃圾组成变化均会对生活垃圾焚烧飞灰性质产生影响.本文选择生活垃圾组成相似的9个焚烧发电厂烟气净化系统飞灰,考察源自不同焚烧炉型和烟气净化工艺焚烧厂飞灰的性质差异.研究表明:飞灰中含有大量的Ca和Cl,在"炉排炉+干法"飞灰中含量最高,而流化床飞灰中Al、Si、Fe等元素含量显著高于炉排炉飞灰;烟气处理工艺对飞灰矿物相组成影响不大,但矿物相含量受烟气处理工艺影响而不同;流化床飞灰中Cd含量较低,Pb、Zn含量略低于炉排炉飞灰;Cr、Ba、Cu、Ni等元素受烟气净化工艺影响较大,"炉排炉+干法"飞灰中的含量最少;烟气净化工艺改造目标仍集中在酸性气体和NOx控制上,改造前后重金属含量没有显著差异;炉排炉飞灰的Pb浸出毒性强于流化床飞灰,流化床飞灰中含量较低的Cr、Cu、Ni、Cd等重金属在醋酸缓冲溶液中浸出较多;飞灰酸中和能力与Ca含量线性相关;在强酸性(Cd、Ni、Zn:浸出液pH8;Pb、Cu、Cr:浸出液pH4)条件下,炉排炉飞灰的As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn元素的浸出浓度主要受重金属总量的影响,两者具有相似的顺序;焚烧炉燃烧形式导致重金属的化学形态不同、与含Al、Fe等化合物形成络合物等原因导致"流化床+半干法"飞灰的As、Ba、Cu、Ni、Pb的浸出浓度低于具有相似总量的炉排炉飞灰.     

焚烧飞灰重金属含量及浸出长期变化规律研究

通过对24个飞灰样品的重金属全量消解和高精度X射线荧光光谱法（HDXRF）快速检测结果进行线性回归分析,发现HDXRF法可较准确测定飞灰中Cu、Pb、Zn、Ni和Cd含量（线性回归决定系数R²³0.90）.采用HDXRF法对某焚烧厂飞灰重金属含量6个月快速检测及浸出毒性测定数据统计分析发现：飞灰重金属月均含量较稳定（变异系数CV<0.14）但日均含量波动较大（CV>2.54）;飞灰中Pb、Cu和Zn含量呈正相关（相关系数r>0.78）;金属浸出浓度受浸出液终点pH值影响显著,超标频率依次为Pb（68.9%）、Cd（66.1%）、Ni（24.0%）、Cu（14.2%）和Zn（1.6%）.短期飞灰金属含量和浸出毒性数据受焚烧工况,烟气处理工况和垃圾组分等多种因素共同影响,不具有代表性.为评估垃圾分类源头削减重金属效果,建议采用快速检测方法对焚烧飞灰重金属含量进行长期监测.     

垃圾焚烧飞灰药剂稳定化矿物学特性

筛选出多种无机药剂和有机药剂对江苏某地生活垃圾焚烧飞灰进行稳定化处理,在考察不同药剂对飞灰中重金属固定效果的同时,重点关注了药剂处理后飞灰体系的矿物学特性,分析了飞灰中Pb、Cr、Cd等重金属在矿物相和非矿物相的分布特性.结果表明:无机药剂中磷酸可显著降低Pb浸出浓度,从97.55mg/L降到2.16mg/L;有机药剂中聚二硫代氨基甲酸盐等3种药剂在2%~3%的药剂添加量下,Pb、Zn等重金属浸出浓度显著降低.原灰中Pb和Cd主要分布在矿物相中,Cu、Cr和Zn主要分布在非矿物相中.无机药剂和有机药剂的添加会造成飞灰基体的溶解,可溶性离子移动和二次矿物的生成.螯合处理后,飞灰中非矿相含量从14.41%增加至21.52%,非矿物相中的Cr含量降低可能由于在螯合反应过程中转移至铬酸盐矿物相中,矿物中Cd含量显著增加可能由于螯合处理生成了含Cd沉淀矿物.螯合处理前后重金属在矿物中分布行为相似,Cr、Zn和Pb主要赋存于方解石中,Cr、Cu主要赋存于赤铁矿中.     

渗滤液浸沥下稳定化飞灰中重金属的浸出行为

稳定化飞灰与生活垃圾混合填埋过程中,在渗滤液浸沥作用下,存在稳定化飞灰中重金属溶出的风险.为探究渗滤液浸沥环境下稳定化飞灰中重金属的浸出行为,基于浸提实验,以填埋场早期、晚期渗滤液为浸提剂,研究了不同液固比（10：1、20：1、30：1、50：1、100：1、150：1、200：1）条件下磷酸稳定化飞灰、螯合剂稳定化飞灰中重金属（Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）的浸出行为.结果表明：随着液固比的增加,浸出液中Cd、Cu和Zn浓度先上升后下降,在液固比20：1时达到最大值,Pb的浸出浓度随液固比的升高整体呈现缓慢增加的趋势,Cr、Ni浸出浓度变化较小,液固比对其影响不显著;Cd和Cu在早期渗滤液浸沥环境下更容易浸出,Zn、Pb、Cr、Ni在早期、晚期渗滤液浸沥环境下差别不大.在两种渗滤液浸沥环境下,螯合剂稳定化飞灰比磷酸稳定化飞灰具有更好的稳定性.     

膜浓缩液淋滤飞灰重金属迁移特性及化学形态变化特征

为解决膜浓缩液和生活垃圾焚烧飞灰难以处理处置的问题,以淋滤柱为试验装置,以膜浓缩液淋滤3种不同填充高度(25.50、16.60、12.70 cm)的生活垃圾焚烧飞灰为研究对象,通过X射线衍射(XRD)、XRF(X射线荧光光谱分析)和重金属化学形态分析等手段,分析淋滤过程对飞灰中重金属Cd、Cu、Zn、Pb的去除效果及转化机理. 结果表明:①通过膜浓缩液淋滤飞灰实现了飞灰脱氯的效果,填充高度H3(12.7 cm)对氯的去除率达到88%. ②填充高度H3 (12.7 cm)对重金属的脱除效果最好,对Pb、Cu、Cd和Zn的去除率分别为41.83%、0.23%、0.21%和0.57%. ③淋出液中重金属离子主要来自飞灰中弱酸可提取态的重金属,其中淋滤过程对残渣态、可氧化态重金属等影响较小. ④3种填充高度均使飞灰中重金属的浸出浓度有所降低,其中H3 (12.7 cm)填充高度的淋滤灰渣相比于飞灰的浸出浓度减少了90%. 研究显示,膜浓缩液淋滤飞灰可脱除飞灰中的氯盐和部分重金属,降低重金属浸出浓度,为飞灰资源化利用提供了新思路.      

Chemical speciation and mobility of heavy metals in municipal solid waste incinerator fly ash

Chemical speciation is a significant factor that govems the toxicity and mobility of heavy metals in municipal solid waste incinerator fly ash. Sequential extraction procedure is applied to fractionate heavy metals( Pb, Zn, Cd, Cu, and Cr) into five defined groups: exchangeable, carbonate, Fe-Mn oxide, organic, and residual fractions. The mobility of heavy metals is also investigated with the aid of toxicity characteristic leaching procedure. In the fly ash sample, Pb is primarily presented in the carbonate (51%) and exchangeable(20% ) fractions; Cd and Zn mainly exist as the exchangeable(83% and 49% respectively) ; Cu is mostly contained in the last three fractions(totally 87% ) ; and Cr is mainly contained in the residual fraction(62% ). Pb, Zn and Cd showed the high mobility in the investigation, thus might be of risk to the natural environment when municipal solid waste incinerator fly ash is landfilled or reutilized.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的污染特性

以广西和重庆某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰为研究对象,研究了飞灰中重金属的化学形态、不同粒径下飞灰中重金属含量及浸出毒性。结果表明:广西垃圾焚烧飞灰中含有5种重金属,且都是以残渣态为主要存在形态;重庆垃圾焚烧飞灰中Cr以残渣态为主要存在形态,Zn、Cu和Cd以醋酸可提取态为主要存在形态,具有较大的潜在毒性,毒性较强的Pb只以醋酸可提取态和可还原提取态两种形态存在,危险性非常高,Mn以可还原提取态为主要存在形态。两地飞灰中含量较高的重金属元素都表现出向小颗粒富集趋势。随飞灰颗粒粒径的减小,各重金属浸出量基本呈增加趋势。相比之下,重庆的垃圾焚烧飞灰中Zn、Cu、Pb和Cd的含量和浸出量都高于广西飞灰。广西飞灰中各粒级的飞灰中各元素浸出量均不超标,而重庆飞灰各粒级的飞灰中Zn、Pb和Cd的浸出量严重超标,表明重庆飞灰属于典型危险废物。     

不同处理方法对硅灰稳固化垃圾焚烧飞灰重金属的影响

向飞灰中添加硅灰与一定比例的去离子水,混合均匀后分别进行自然养护、蒸汽养护和中温热处理.研究了自然养护和蒸汽养护条件下硅灰不同添加量对垃圾焚烧飞灰浸出毒性的影响,考察了蒸汽养护样与中温热处理样的重金属化学形态分布、晶体结构和微观形貌变化.结果表明：自然养护和蒸汽养护条件下,随着硅灰添加量由0%升至10%,飞灰中Pb、Cd、Cr和Cu的浸出浓度均随之降低.硅灰添加量为10%时,硅灰蒸汽养护样中Pb、Cd、Cr和Cu的浸出浓度略低于硅灰自然养护样,金属化学形态分布相比原灰变化较小;硅灰中温热处理对飞灰中Pb、Cd、Cu和Zn处理最为彻底,4种金属残渣态占比相比原灰分别从原灰的37.12%、11.82%、44.30%和51.94%升高至84.75%、75.49%、77.20%和67.40%,酸溶态分别由原灰的3.99%、54.92%、6.56%和10.49%降低至0.44%、9.37%、2.72%和3.59%.     

基于固化法共处置飞灰和浓缩液浸出特性研究

在水泥固化时将生活垃圾焚烧飞灰（简称飞灰）以不同的比例代替复合硅酸盐水泥并且用垃圾渗滤液浓缩液代替水进行固化实验,研究了飞灰掺量（40%、50%、60%）、浓缩液替代水对水泥固化法固化效果及重金属（Zn、Pb、Cd、Cr、As、Ba）浸出的影响.结果表明：飞灰掺入量的增加会降低固化体的抗压强度,但浓缩液替代水对固化体的抗压强度没有显著影响.不同重金属的浸出行为受掺灰率的影响不同,掺灰率的增加会减少固化体中Zn的浸出,增加Pb和Cd的浸出,Zn、Pb、Cr、As在第36d可达到稳定浸出量不再增加,Ba的累积浸出量持续增加,加入浓缩液后固化体中Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属的浸出量未超过标准限值,可以满足固化处理对浸出毒性的要求.