垃圾焚燒飛灰含有重金屬、二噁英類、溶解鹽等有毒有害的物質(zhì)。

1 重金屬

城市生活垃圾是一種成份十分復(fù)雜的廢物, 其中含有一定數(shù)量的重金屬成份, 現(xiàn)階段通常認(rèn)為垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的重金屬主要來源于電池、電器、半導(dǎo)體、鍍金材料、顏料等。

1.1 重金屬在飛灰中的吸附行為及分布

金屬及其化合物在垃圾焚燒過程中會被蒸發(fā)進(jìn)入煙氣,煙氣從溫度較高(800~1000℃) 的爐膛進(jìn)入溫度較低的煙道(400~500℃)時,急劇的冷卻使重金屬從煙氣中濃縮出來,形成離散的金屬顆粒氣溶膠或在飛灰顆粒表面發(fā)生吸附。重金屬是垃圾焚燒飛灰中重要的污染成份, 根據(jù)Katsunori N研究表明, 焚燒過程中廢物中33%的Pb 轉(zhuǎn)移到飛灰中, 1%隨煙氣排出, 其余66%殘留在底灰中。對于Cd 有92%轉(zhuǎn)移到飛灰中, 2%隨煙氣排出, 約6%殘留在底灰中。根據(jù)李潤東測定結(jié)果, 焚燒飛灰中Cu、Pb 和Zn 的含量較多。何品晶測定結(jié)果表明, Pb、Cd、Hg 和Zn 是焚燒飛灰重金屬污染的主要元素。施惠生采用連續(xù)萃取法分析焚燒飛灰浸出液中Zn、Pb、Cd 和Cr 的質(zhì)量濃度均高于固體廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)。由于垃圾中各種重金屬含量及其焚燒過程中各種重金屬的遷移和轉(zhuǎn)移特性不同, 不同飛灰的重金屬含量仍呈現(xiàn)較大的差異。飛灰中重金屬含量的一般范圍: As 0.01 ～20mg/kg; Cd1.72 ～60mg/kg; Cr 2.38 ～150mg/kg; Cu 1.87 ～400mg/kg; Hg3.25 ～100mg/kg; Ni 6.29 ～120mg/kg; Pb 880.6 ～1200mg/kg; Zn71.1～2000mg/kg。

1.2 重金屬在飛灰中的形態(tài)分布

根據(jù)王偉、萬曉等報告, 中本康宏、武田信生等采用連續(xù)浸出法和XPS 研究了飛灰中重金屬的化學(xué)形態(tài), 表明Zn在飛灰中主要以2ZnCO3、3Zn(OH)2、ZnSO4、7H2O 和ZnO 的形式存在; Pb 主要以PbCl2、PbCO3、PbO 等形式存在; Cu 主要存在為CuO; 干式脫硫系統(tǒng)的飛灰中Cd 的主要存在方式是Cd(OH)2 和CdO; 濕式脫硫系統(tǒng)中主要是CdSO4 和CdCl2。何品晶、施惠生等采用連續(xù)萃取法對飛灰重金屬的化學(xué)形態(tài)進(jìn)行分析, 表明飛灰可浸出部分Cd 主要以離子交換態(tài)和酸溶態(tài)形式存在, 而Pb、Zn 主要以酸溶態(tài)形式存在。除Cd 外, 其余重金屬可交換態(tài)的含量幾乎可以忽略, 這也就說明焚燒飛灰中重金屬通過焚燒飛灰—水相互作用進(jìn)入溶液的量是極其有限的。但H+濃度直接影響飛灰中重金屬的浸出濃度。根據(jù)馮軍會分析, H+濃度對各元素浸出的影響程度分別為:Pb=Zn>Cu>Cd>Ni>Cr>As>Hg, 所以保持飛灰所處環(huán)境的pH在中性條件有利于抑制重金屬的遷移。

2 二噁英

垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生二噁英等痕量有機(jī)污染, 二噁英包括多氯聯(lián)苯并二噁英(PCDDs)、多氯聯(lián)苯并呋喃(PCDFs)和多氯聯(lián)苯(PCBs), 一般情況下, 把前兩類物質(zhì)簡稱為二噁英(PCDD/Fs), 二噁英對人體有極大危害, 一旦在人體內(nèi)積累會產(chǎn)生一系列毒性效應(yīng), 損害免疫系統(tǒng)并具有致癌、致畸性, 因此二噁英的污染危害逐年受到公眾的重視。

2.1 二噁英在焚燒飛灰中形成機(jī)理

由于飛灰表面重金屬的催化作用, 二噁英的產(chǎn)生主要是通過焚燒尾部煙道中的二次合成和氣相前驅(qū)物低溫催化生成的。而且焚燒煙氣尾部合成的二噁英又被比表面積很大的飛灰所吸附, 導(dǎo)致飛灰中二噁英含量很高。已被證實的垃圾焚燒過程中PCDD/Fs 的形成機(jī)理主要方式有, 具有短鏈的氯化了的碳?xì)浠衔锸紫绒D(zhuǎn)化成氯苯, 然后轉(zhuǎn)化為多氯聯(lián)苯(PCBs), 最終在高溫條件(871℃～982℃) 下轉(zhuǎn)化成PCDFs,PCDFs 進(jìn)一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化成PC- DDs; 通過飛灰中的大分子碳(所謂的殘?zhí)?同有機(jī)或無機(jī)氯在低溫下(約250℃ ～450℃)經(jīng)飛灰中某些具有催化性的成分(如Cu, Fe 等過渡金屬或其氧化物)催化生成PCDD/Fs。

2.2 二噁英在焚燒飛灰中的分布

Buekens A等人認(rèn)為焚燒處理后袋式除塵器處飛灰二噁英毒性當(dāng)量高達(dá)6ng/g, 靜電除塵器飛灰二噁英毒性當(dāng)量則大約為4ng/g。楊志軍檢測報告, 飛灰中二噁英總濃度和毒性當(dāng)量分別為8.44ng/g 和0.80ng/g。飛灰中二噁英的含量取決于垃圾成分、焚燒爐型、焚燒溫度、停留時間、混合狀況等,這些因素共同作用導(dǎo)致不同飛灰樣品中二噁英含量迥異。對于二噁英異構(gòu)體濃度分布的比較, 馮軍會、何品晶對飛灰中二噁英類化合物的檢測, 表明飛灰中多氯代二苯并呋喃(PCDFs) 中1,2,3,4,6,7,8- HpCDF 和1,2,3,7,8- PeCDF 百分含量之和為36%～39%, 對毒性當(dāng)量濃度貢獻(xiàn)率最大的是2, 3,4, 7, 8- PeCDF (29%～33%), 其次是1,2,3,7,8- PeCDD (21%～26%)。在對飛灰性質(zhì)進(jìn)行評價時, 尤其要注意這2 種化合物對環(huán)境的影響。

3 溶解鹽

根據(jù)張沛君測試結(jié)果, 飛灰中溶解鹽含量高達(dá)17.4%～21.9%, 何品晶對中溶解鹽的分析,飛灰中溶解鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)也高達(dá)22.1%, 主要為Ca、Na 和K 的氯化物(溶解性氯離子占8.4%～11.0%), 飛灰中氯化物的大量存在會增加其它某些污染物的溶解性, 若不事先去除, 可能會妨礙飛灰的固化和穩(wěn)定化。

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