危险废物焚烧飞灰中重金属污染特性

第28卷第1期2006年1月北京科技大学学报JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeUingVOI．28NO．1Jan．2006危险废物焚烧飞灰中重金属污染特性郭玉文王伟乔玮万晓叶暾曼卢欢亮清华大学环境科学与工程系，北京100084摘要以危险废物(70％工业废物+30％医疗废物)焚烧飞灰为研究对象，探讨了飞灰中重金属污染特性及其主要化学形态、浓度分布规律．初步得出以下结论：危险废物焚烧飞灰中主要污染重金属为cd，Pb，Zn，其数量高于生活垃圾焚烧飞灰数倍，属于危险废物；飞灰中主要重金属以可溶及交换态、残留态、Fe—Mn氧化物结合态为主要化学形态，其中舡，Cr，Cu比较稳定，而cd，Pb，Zn易溶出进入环境；飞灰中cd，Cu大体上呈易富集在小颗粒的趋势，Pb，zn集中分布在50～125，125～250tan的两个粒级．关键词危险废物；飞灰；焚烧；重金属分类号X705危险废物因其化学物质组成复杂、毒性大、具腐蚀性等特点，是水、大气、土壤的重要污染源，对环境危害很大．2002年，我国危险废物年产量约为1000万t．由危险废物不合理堆置或排放引起的污染事故在世界上很多国家都有发生．诸如我国20世纪50年代辽宁锦州的铬渣堆积引起的大约70kmz范围内1000多口水井污染事故，60年代云南个旧砷渣排放进入个旧湖引起的3000多人亚急性中毒事故，以及日本的疼疼病(镉污染)、水俣病(汞污染)事故等等，这些事故说明危险废物污染问题在世界很多国家都很突出．焚烧处理技术具有减量化效果好，可回收热能等特点，主要是适合于不宜循环利用或无法安全填埋的危险废物．我国以工业废物为主的危险废物集中处理起步较晚，目前仅在上海、天津等少数城市开展利用焚烧技术处理危险废物．废物焚烧处理后产生的固体物质主要是底灰和飞灰．焚烧改变了废物中重金属的形态，且飞灰中富集了较高浓度的挥发态重金属[心]．有关垃圾焚烧飞灰中重金属的研究报道不多，其中涉及危险废物的文献很少．因此，本研究以危险废物焚烧飞灰为实验材料，研究其重金属污染特性，其结果对于合理处理处置飞灰、减少飞灰引起的二次污染具收稿日期：2004—11—20修回日期：2005—01—18基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．20277024)；国家“863”高科技项目(No．2002AA644010)；归国人员基金资助项目作者简介：郭玉文(1967一)，男，博士；王伟(1960一)，男，教授，博士有重要意义．1实验方法本研究实验材料取自上海某垃圾焚烧厂的危险废物焚烧飞灰．危险废物垃圾组成为70％工业废物+30％医疗废物．分别采集垃圾焚烧系统的烟道飞灰和布袋飞灰，带回实验室内分别混匀．测试项目及方法如下：(1)物质组成．样品在105℃烘干1h后，用XRF一1700测定其物质组成及数量．(2)粒径分布．使用RetchControl—g一200型自动筛分机，将飞灰筛分为7级：<20加n，20～38弘m，38～50／．tm，50～125ym，125～250弘m，250～500弘m，>500肛m．计算不同粒径飞灰质量，求出各粒径所占比例，采集不同粒径飞灰样品并分别混匀．(3)密度．参照土力学实验方法，用比重瓶法[3]测定飞灰密度．(4)比表面积．利用比表面积与孔隙度分析仪(NOVA4000)测定比表面积．(5)飞灰浸出毒性．采用美国EPA在原有危险废物提取方法基础上改进提出的TCLP(Toxi．cityCharacteristicLeachingProcedure)浸出实验．由于两种飞灰的pH<5．0(固液质量比为1：20)，选用浸提剂工(醋酸钠)浸提飞灰，过滤(0．45弘m)后用ICP-AES测定As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb，Zn含量．(6)重金属含量．分别使用未经筛分和筛分万方数据北京科技大学学报2006年第1期后的不同粒径飞灰样品，采用改进的ASTMD6357-00a方法[41消解样品，过滤(0．45／．tm))=dnJ喟ICP—AES测定As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb，Zn含量．(7)重金属化学相态．参考Tan改进的Tessier方法[5】对飞灰中的重金属进行连续提取，连续提取条件如表1所示．过滤(0．45弘m)后用ICP-AES测定提取液中测定As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb．Zn含量．表1连续提取条件【51Table1ExperimentalconditionsforsequentiallyextractionprocedureIs】化学相态提取条件水溶及交换态碳酸盐结合态Fe—Mn氧化物结合态有机结合态残留态100mL醋酸钠(1tool·L～。pH=8．2)溶液，室温下震荡1h．100mL醋酸钠(1tool·L～，用醋酸调pH=5．O)溶液，室温下震荡1h．