城市生活垃圾焚燒灰渣重金屬源特征及歸趨.pdf

1、隨著城市人口增長、社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾產(chǎn)量也在快速增加。垃圾焚燒處理具有占地面積小，減量化、無害化和資源化效果好等優(yōu)點，在我國許多城市的固體廢物管理中正占據(jù)著越來越重要的地位。焚燒處理垃圾的減量效果(體積減量84％～96％，質量減量70％～82％)顯著，但是生活垃圾中的主要污染物——重金屬，卻在焚燒過程中得到濃縮，在經(jīng)過一系列的物理化學反應后，會以原來的或經(jīng)改變后的化學形態(tài)，從垃圾中遷移至爐渣或飛灰

2、，形成焚燒過程的二次污染物。因此，本文依托上海市已建成的兩座現(xiàn)代化大型城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠，通過對其貯坑垃圾物理組成與重金屬性質、瀝濾液、爐渣和飛灰的重金屬污染特性長達1年時間的同步定期監(jiān)測和物流分析，采用多種統(tǒng)計學方法，研究了焚燒垃圾重金屬源特征及其在焚燒過程中的遷移規(guī)律；通過多種浸出測試方法實驗和Visual MINTEQ模型模擬，研究了焚燒灰渣重金屬化學形態(tài)、外界浸出條件(振蕩方式、液固比、浸取劑Cl-濃度、溫度、浸

3、出時間、浸出液pH)和浸出過程的溶解/沉淀、氧化還原、吸附等平衡反應對重金屬浸出遷移特性的影響及其浸出機理，評估焚燒灰渣的浸出風險；并在對灰渣重金屬浸出過程深入研究的基礎上，采用3種廣泛應用的標準浸出方法，以原狀飛灰和老化飛灰為對象，討論了標準浸出測試方法鑒別垃圾焚燒飛灰這種強堿性廢物的適用性。研究主要結論如下。1.源自不同區(qū)域的上海兩焚燒廠生活垃圾重金屬均值和濃度分布無顯著差異。統(tǒng)計分析結果表明，除部分組分含有其特征性重

4、金屬(如部分玻璃中含高濃度As、部分塑料和玻璃組分中含高濃度Pb)外，大部分重金屬在焚燒垃圾各組分中分布均勻，說明重金屬在垃圾收集、運輸和貯存過程中得到了混合和重新分配。混合收集垃圾中的廚余組分含量大，重金屬濃度較高，是焚燒垃圾中重金屬的主要來源；其次為玻璃和塑料組分；廚余組分的重金屬濃度遠高于食品背景值或是源分類收集廚余的相應濃度。對受不同程度交叉污染的易腐有機垃圾的重金屬濃度分析結果表明，在垃圾混合收集、運輸和貯存過程

5、中，廚余受到了高重金屬含量的細顆粒(可能來自塵土、城市表土和大氣降塵，以及金屬和渣石等的碎屑)沾污，使其所有的重金屬含量均顯著升高，且與細顆粒的量呈正比。比較焚燒廠混合收集垃圾和居民區(qū)垃圾的重金屬濃度可發(fā)現(xiàn)，居民區(qū)垃圾對焚燒垃圾重金屬含量貢獻較小，說明尚有其它未知來源的垃圾對焚燒垃圾重金屬有重要貢獻。如果能有效地控制生活垃圾物流，則可望有效降低焚燒垃圾中的重金屬濃度，從而明顯降低焚燒過程重金屬的二次污染。2.根據(jù)上海兩座

6、城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠的物流監(jiān)測分析結果，焚燒廠每焚燒1t垃圾(以進廠垃圾計)，產(chǎn)生約210kg水冷爐渣和16～27kg飛灰(均以濕基計)。焚燒過程中，生活垃圾中的Hg和Cd(易揮發(fā)元素)基本通過揮發(fā)/冷凝/吸附過程進入飛灰，因此其在飛灰中的濃度與飛灰粒徑分布呈反比，且濃度遠高于爐渣(分別為40倍和10倍)；Cr、Cu和Ni的揮發(fā)性較小，主要通過煙氣夾帶的方式進入飛灰，并在各粒徑飛灰上均勻分布，與爐渣中相應的濃度也基本相似

7、；Pb和Zn通過煙氣夾帶和揮發(fā)兩種方式進入飛灰，在飛灰中的濃度高于(2～4倍)爐渣；飛灰中的As比較特殊，主要來自揮發(fā)遷移，但因玻璃組分中As的揮發(fā)機會較小，因此生活垃圾中As遷移至飛灰的比例很低。雖然焚燒飛灰比爐渣富集了更高濃度的重金屬，但因爐渣占了焚燒灰渣質量的85％～93％，因此，生活垃圾中大部分重金屬：80％以上的As、Cr、Cu和Ni，74％～94％的Zn和46％～79％的Pb，仍主要留在爐渣中；易揮發(fā)重金屬Cd和

8、Hg，則主要遷移至飛灰中，在飛灰中的分配率分別達47％～73％和60％～100％。4.城市生活垃圾焚燒飛灰Pb和Hg的國標浸出濃度均超過我國危險廢物浸出毒性鑒別標準限值(超標率分別為100％和＞80％)，飛灰屬于危險廢物；而爐渣中的重金屬浸出濃度較低，始終遠低于標準限值，為一般固體廢物；焚燒飛灰和爐渣的重金屬浸出濃度與其總量均無顯著的相關性，而主要受重金屬的化學形態(tài)控制；不同的浸出液pH下，焚燒灰渣重金屬浸出的控制固體不同；液

9、固比和浸出液pH是影響重金屬浸出的主要因素，前者決定了灰渣的可浸出濃度，而后者則通過改變重金屬在浸出體系中的化學形態(tài)，進而影響重金屬的浸出濃度；灰渣浸出主要是受溶解/沉淀平衡以及吸附反應控制，氧化還原反應作用的影響不明顯；HFO和非晶形(氫)氧化鋁在酸性至中性pH條件下可吸附Cd、Cr和Ni從而影響其浸出；但在堿性條件下，吸附作用較弱，轉而由溶解/沉淀平衡控制重金屬浸出；Cu、Pb和Zn的浸出主要由溶解/沉淀平衡決定，吸附作

10、用對其影響不大。5.采用不同的標準浸出測試方法鑒別相同的原狀和老化飛灰樣品，可得到不同甚至截然相反的鑒別結果。pH相關浸出測試、PLS分析和Visual MINTEQ模型模擬的結果表明，不同的標準浸出測試方法和老化過程對飛灰重金屬浸出濃度均有影響，因為浸取劑酸性程度和飛灰的碳酸鹽化程度均會影響飛灰浸出液的pH，從而改變重金屬的化學形態(tài)，影響了重金屬的浸出濃度。老化前后飛灰的pH相關浸出特性始終沒有改變，因此，當被標準浸出方

11、法鑒別為“無害”的老化飛灰處于酸性環(huán)境時，飛灰中重金屬就會有被重新浸出的風險。雖然老化飛灰處在酸性環(huán)境條件下的長期穩(wěn)定性沒有保障，但因其酸中和能力仍然很強，通常情況下不易達到重金屬大量浸出的浸出液pH范圍，因此通過適度加水濕潤飛灰使其老化，作為有效的臨時性穩(wěn)定手段，可控制飛灰在運輸和短期貯存過程中的污染風險。6.采用單一浸出條件(固定液固比、浸取劑類型和濃度等)的標準浸出測試方法鑒別飛灰這種強堿性廢物時，只能得到該特定浸出

12、條件下的浸出結果，而不能判斷飛灰的長期浸出風險和評估其可能造成的危害，也不能預測飛灰貯存、處理處置等過程中發(fā)生老化反應后的重金屬浸出毒性變化。本文的研究表明，飛灰老化過程中的浸出毒性變化可通過飛灰的pH相關浸出測試結果得到很好地預測。通過pH相關浸出測試來判斷飛灰的浸出風險和危害，是一種有效而又簡便的方法，可作為標準浸出測試方法的替代或強有力的輔助手段，彌補標準浸出測試方法的缺陷。關鍵詞：城市生活垃圾焚燒；飛灰；爐渣；重金