生活垃圾焚烧飞灰重金属稳定化技术综述

生活垃圾焚烧飞灰属于危险废物,含有汞、铅、镉等多种重金属,重金属在特定条件下会浸出,因此飞灰在填埋处置前须进行稳定化处理.分析了目前常用的水泥固化、熔融固化、化学药剂稳定化三种飞灰稳定化技术的优缺点,重点介绍了目前常用的化学药剂稳定化技术中有机重金属螯合剂(水溶性的螯合高分子,与重金属离子反应形成不溶于水的高分子螯合物,从而使飞灰中的重金属固定下来)的种类和研究应用情况,以期为垃圾焚烧企业飞灰稳定化处理提供相应的技术支持.     

生活垃圾焚烧飞灰稳定化和资源化处理初探

垃圾焚烧飞灰中含有较高浓度的铅、镉等重金属，以及痕量级二噁（口英）类等有机物，因此被列为危险废物。飞灰一般经适当的稳定化预处理后。才可进入危险废物填埋场填埋处置。文章简要介绍了几种垃圾焚烧飞灰的稳定化处理技术（水泥固化技术．熔融固化技术、化学药剂稳定化技术），以及飞灰的资源化处理技术，以期为飞灰处理技术的进一步研究作铺垫。     

垃圾焚烧飞灰熔融固化处理过程特性分析

为研究熔融固化过程中飞灰主要成分的迁移转化规律,在有温控的高温实验熔融炉中对垃圾焚烧飞灰进行了动态熔融固化实验研究,对处理后的飞灰进行了XRF、XRD分析检测,分析了飞灰熔融过程中熔融渣的主要成分、物相组成、碱度、挥发率和减容率的变化规律.试验结果表明:①飞灰中主要成分CaO、Al₂O₃和SiO₂的质量分数随着温度的升高而增加,而主要成分Cl元素和SO₃则从原来的20.59%和10.74%分别降低到0.15%和0.22%,可见高含量Cl元素和S元素是引起飞灰熔融固化挥发率高的主要原因,并且可能主要以氯化物和硬石膏的形式分解挥发,XRD的测定结果也进一步证明了这一点.②飞灰熔融前,碱度随温度的升高而显著降低,但当温度达到流动温度后,碱度值随温度的变化很小,基本保持在0.95左右.③飞灰中盐类分解挥发主要发生在1150℃～1260℃之间,在飞灰熔融温度前约100℃的范围内.     

水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰的汞排放特性及管控措施探讨

生活垃圾焚烧飞灰资源化利用主要途径之一是作为生产水泥原料。飞灰中富集了高浓度的汞、镉、铅等重金属。新型水泥窑的工艺特点导致高挥发性的汞无法固化在水泥熟料中,汞主要随烟气外排。当水泥窑处置飞灰规模较大、飞灰中汞含量较高时,如不采取控制措施,会导致水泥窑排放烟气中汞浓度超过标准限值。分别从机理分析、数据统计演算及实际检测结果多方面进行了验证,提出应加强对水泥窑协同处置飞灰过程中汞污染的认识及监督管理,探索有效的汞排放控制途径,确保汞排放达标。     

危险废物焚烧飞灰玻璃化产物危险特性

《国家危险废物名录》中HW18焚烧处置残渣明确规定,"危险废物等离子体、高温熔融等处置过程产生的非玻璃态物质和飞灰"判定为危险废物.为降低危险废物焚烧飞灰的生态环境危害,并期望对其进行更好的资源化利用,采用国际前沿的玻璃化技术对危险废物焚烧飞灰进行处置,制备得到玻璃态物质,即玻璃体.结果表明:①焚烧飞灰掺杂不同比例的高岭土、SiO₂、CaO后,可形成符合玻璃体烧制条件的CaO-Al₂O₃-SiO₂系统,经过2 h 1 400℃高温熔融,几种不同配料比的玻璃体均可形成无定型的、微观表面平滑的结构.②玻璃体对Zn、Cr、Pb、Cd和As等重金属均有不同程度的固化作用,采用HJ/T 300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》测得的重金属浸出浓度均低于焚烧飞灰.③采用Hakanson公式中潜在生态危害模型对焚烧飞灰及玻璃体进行风险评价显示,几种玻璃体的RI（潜在生态危害风险指数）均在50~100范围内,呈中等风险,低于焚烧飞灰（299.34）.④效果最优的玻璃体的碱度（CaO/SiO₂,质量分数）为0.3,呈现浅绿色且质地透明的外观形貌,它对Zn、Cr的浸出浓度分别为0.12、0.05 mg/L,但均未检出Pb、Cd、As,远低于焚烧飞灰浸出浓度及GB 16889-2008《生活垃圾填埋场控制标准》中生活垃圾焚烧飞灰和医疗废物焚烧残渣浸出限值（Zn、Cr、Pb、Cd、As浸出浓度限值依次为100、4.5、0.25、0.15、0.3 mg/L）,该玻璃体的RI为60.05,远低于焚烧飞灰的299.34.研究显示,采用玻璃化技术对焚烧飞灰进行处置后,焚烧飞灰可形成无定型的玻璃态结构,碱度为0.3时,玻璃体的重金属浸出浓度最低,且潜在生态风险最低,为最适用于焚烧飞灰玻璃化技术的调控比例.      

垃圾焚烧飞灰添加工业固废的玻璃化研究

采用高硅铝含量的工业固废(煤矸石与高炉矿渣),作为生活垃圾焚烧飞灰热处理的添加剂,改善其熔融性与产物的物化特性.随着添加量的增加,产物的主要矿物成分从含氯的Ca₁₀(Si O₄)₃(SO₄)₃Cl₂与Ca₆Al₅Si₂O₁₆Cl₃向钙铝石、斜硅钙石、黄长石、钙长石依次转变.采用四元碱度(R4)评价熔融成分,酸性的工业固废(R4<1)能够中和碱性的垃圾飞灰(R4>1),形成中性混合灰(R4≈1),其中含30%煤矸石或40%高炉矿渣.中性灰的各项熔融特征温度最低,代表完全熔融的流动温度分别为1260与1200℃,在1300℃下玻璃化,冷却形成晶相为黄长石的微晶玻璃.玻璃化过程中,超过99%的氯元素从固相中分离;在挥发分离与固化稳定的共同作用下,重金属铬、镍、锌、镉、铅的浸出量减少了95%以上,铜减少了85%以上.     

矿物演化行为对垃圾焚烧飞灰熔融特性的影响

以焚烧飞灰为主要原料,采用灰熔点测试、差示扫描量热法、X射线衍射、扫描电子显微镜等方法,研究了掺加SiO₂(以w计)对焚烧飞灰熔融特性的影响,并利用CASTEP模块模拟计算生成矿物的反应活性. 结果表明,当w(SiO₂)为29.14%时,焚烧飞灰流动温度为1 355 ℃,比原灰降低了近200 ℃,熔融特征温度随w(SiO₂)增加而上升. 将焚烧飞灰熔融并热处理后得到微晶玻璃,其矿物质组成为硅灰石、假硅灰石、钙铝黄长石、钙铁榴石、硬石膏和三型钾霞石等. 分子模拟计算结果表明,假硅灰石、钙铝黄长石和钙铁榴石形成能高,属耐熔矿物,而硅灰石、硬石膏和三型钾霞石等助熔矿物的低共熔会导致灰熔融温度降低. SiO₂/CaO(质量比,下同)<1时,过量的Ca2+易与活性氧发生集聚反应,形成热稳定性好的假硅灰石;SiO₂/CaO接近于1时,生成以硅灰石为主晶相的助熔矿物,硅灰石形成能为-41.67 eV,低于其他矿物,并且晶体氧原子中活性氧比例达到77.78%;当SiO₂/CaO>1时,大量无定形SiO₂及方石英(非活性氧)的存在致使灰熔融温度升高. 硅酸盐矿物熔体中非活性氧(Si—O—Si)和活性氧(Si—O,自由氧)占氧原子比例的变化是焚烧飞灰熔融特性改变的内因.      

从废CRT含铅玻璃中回收金属铅的机理研究

废CRT玻璃的含铅量很高,属于危险废物,废CRT玻璃中铅的分离、提取一直是研究人员关注的焦点。通过高温熔融碳热还原工艺,在还原金属铅的同时,制取出玻璃熔块,再对玻璃熔块进行水解处理,制备水玻璃。熔融温度在1 200℃,保温时间为2 h时,金属铅的回收率可达90%以上,而残渣物中的含铅量仅为1%左右。该文对废CRT含铅玻璃中金属铅回收的工艺、技术、方法等进行了详细阐述,并从分子水平对其机理进行了分析,对废CRT含铅玻璃的减量化、资源化、无害化有重要作用。回收废CRT玻璃中的铅,能有效避免危险废物对环境和人体的危害,不仅具有重大的环境价值,也具有显著的经济效益。该研究为电子废弃物中铅的回收提供了新的思路和理论依据。     

云南某冰川侵蚀区域土壤高背景值成因及农作物重金属累积规律探究

对采自云南某冰川侵蚀区域的8个岩石样品,10个土壤剖面样品(100cm),75个点位的土壤表层样品,66个农作物样品,利用酸溶法和ICP-MS测定土壤中Cu,Zn,Ni,Pb,Cr,Cd,As和Hg的含量。结果表明:调查区域玄武岩中的铬、镍和铜含量明显高于灰岩,调查区域范围内土壤超过风险筛选值的因子为铬、镍、砷、铜、镉,其中铬的占比为50%～100%,镍的占比为33%～93.1%,铜的占比为13.64%～93.1%,镉的占比为3.03%～10.34%;超过风险管制值的因子为铬和砷,占比为6.9%、3.03%。除镉和砷的有效态含量占总量的百分比较高之外,其余重金属有效态含量占总量的百分比均很低,铬有效态低于检出限,可能由于铬以不溶态存在于未风化的玄武岩矿物中。采集的59个农产品可食部分砷、铅、汞、镉、铬、锌、铜、镍均未超过对应标准限量值。     

水质发光细菌生物毒性的重金属剂量效应研究

重金属及类金属元素是水质中重要的毒性指标,通过开展这些元素单因子及多因子复合与发光细菌生物毒性剂量效应的分析实验,研究不同重金属对发光细菌的毒性影响大小.单因子评价采用计算测量浓度和相对发光度的相关性曲线,根据EC50来分类毒性物质的毒性大小,结果显示毒性从大至小依次为汞、砷、铅、镉.多因子复合评价采用四元五水平回归设计的方式,应用数据统计软件进行数据处理和分析,结果显示砷、镉、汞、铅四元复合时,元素砷对相对发光度影响的主因子效应明显,即砷为主效因子.可以看出在四种元素中,元素砷无论是单因素还是复合因素对发光细菌均有很大的毒性.     

我国14座生活垃圾焚烧厂飞灰的物化特性分析

对我国东北、华北、华东和华南地区14座城市生活垃圾焚烧厂的飞灰进行了组分、热灼减率和熔融特性分析。结果表明:我国炉排炉飞灰中CaO含量最高,其质量分数达到40%~60%;Cl含量次之,质量分数为20%~30%;同时富集大量易气化的重金属。飞灰的热灼减率随温度升高而显著增加,当温度达到1200℃以上时趋于稳定,最高可达40%以上。飞灰的流动温度受SiO₂的含量影响最显著,流动温度分布在1100~1500℃内。     

垃圾焚烧飞灰熔融过程中重金属迁移分布规律的研究

垃圾焚烧飞灰处理中重金属污染一直是倍受关注的问题。采用高温熔融法处理飞,该工艺具有二恶英去除率高、高效减容、有效固化重金属、熔渣可资源化利用等优点。目前学术界针对重金属在熔融过程中的迁移分布规律,研究了温度、碱度、添加剂、气氛、熔融时间等因素对重金属分布的影响。但关于影响程度的量化及影响机制的阐述,仍需要进一步探讨。     

城市垃圾焚烧飞灰熔融DSC-DTA实验研究

利用高温DSC-DTA热分析仪对国内外2种城市垃圾焚烧飞灰在惰性气氛(N2)和氧化气氛(O₂)下的熔融特性进行了研究.在20℃～1450℃的温度范围内采用3种温升速率进行实验.飞灰熔融过程包含多晶转变和熔融相变2种反应,多晶转变发生在480℃～670℃范围内,吸热量20kJ/kg;熔融约发生在1136℃～1231℃,在1174℃达到峰值,熔融相变潜热约700 KJ/kg,整个过程总吸热量约1800 kJ/kg.研究了CaO添加剂对飞灰熔融的影响.最后提出飞灰熔融吸热量的预测模型,模型     

垃圾焚烧飞灰熔融过程重金属的迁移特性实验

 对垃圾焚烧飞灰的熔融处理过程中重金属的迁移特性进行了实验研究.在自行设计的实验台上研究熔融温度、时间、气氛、冷却方式等条件对几种重金属固化特性的影响.结果表明,熔融可以固化大部分重金属,同时飞灰中重金属在熔融过程中的固化特性因种类不同呈现显著差异,Cd、Pb属于易挥发金属,而Ni、Cr和Zn不易挥发;飞灰成分、温度、气氛和冷却方式对各种重金属的影响程度各不相同.     

添加剂对垃圾焚烧飞灰熔融过程二不断噁英分解的影响

为了研究添加剂对垃圾飞灰熔融处理过程中二噁英分解特性的影响，选择碱性氧化物CaO和液体陶瓷(LC)2种添加剂，改变温度、气氛和熔融时间研究2种添加剂对二噁英分解率的影响．研究表明CaO对二噁英分解影响随气氛不同而改变，氧化气氛下，加入CaO使二噁英的分解率略微降低，而在还原气氛下则会使二噁英分解率升高．液体陶瓷添加剂对熔融过程二噁英分解有显著影响．1400℃时，随着LC添加比例由0增加到10％，二噁英分解率则从99．997％升高到100％．同时加入10％的LC可以使二噁英的完全分解温度由无添加剂时的1460℃降低至1100℃．     

垃圾焚烧飞灰的熔融特性研究

以飞灰从开始熔融到熔渣全变成液体这一过程中的4个温度段所得到的熔渣为研究对象,探讨了它们的外观结构、成分、浸出毒性以及液固比、浸取液的pH值对熔渣中Ba、Cd、Ni等重金属浸出量的影响规律．结果表明：飞灰开始熔融后,随着温度的升高,熔渣的颜色逐渐变深、质地逐渐变硬、玻璃化现象逐渐明显,Ca、Al、Mg、K、Fe等主量元素的质量百分含量逐渐升高;熔融温度在1230℃以上所得到的熔渣不再是具有浸出毒性的危险废物;液固比对Ba、Zn、Cd和Ni的浸出量影响较大,而对As的影响较小;Ba、Cu、Pb和Zn等重金属元素在强酸和强碱环境下比较容易浸出．     

添加剂对燃料式熔炉固化垃圾焚烧飞灰特性的影响

采用燃料式表面熔炉,以废旧石英玻璃粉代替纯SiO2作为添加剂,对杭州某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰,连续进行了6个多月、处理规模为500 kg/d的熔融固化中试分析,主要研究了添加剂对焚烧飞灰的熔融温度、重金属固定率、熔渣中重金属的浸出质量浓度、烟气中二(口恶)英和其他污染物排放水平的影响,同时探讨了整个系统的稳定性和可操作性.结果表明:添加剂能有效降低飞灰的熔点,并使熔渣中重金属浸出质量浓度有所减少;同时也可显著提高重金属Cu和Zn的固定率,但对Pb,Cd和Cr的固定率影响不明显;当温度高于到达飞灰样品熔融温度时,所有飞灰样品的减容率均高于80%,飞灰样品的减容率依次为w(添加剂)为20%的飞灰＞w(添加剂)为10%的飞灰＞w(添加剂)为5%的飞灰＞原灰.二(口恶)英总毒性当量浓度(以TEQ计)为0.053 ng/m3,远低于国家标准.同时发现在一定运行条件下,排放烟气中其他污染物的排放浓度均符合国家相关标准,且运行期间系统稳定、可操作性强.     

Detoxifying PCDD/Fs and heavy metals in fly ash from medical waste incinerators with a DC double arc plasma torch

Medical waste incinerator (MWI) fly ash is regarded as a highly toxic waste because it contains high concentrations of heavy metals anddioxins, including polychlorinateddibenzo-p-dioxins (PCDDs) and polychlorinateddibenzofurans (PCDFs). Therefore fly ash from MWI must be appropriately treated before beingdischarged into the environment. A melting process based on adirect current thermal plasma torch has beendeveloped to convert MWI fly ash into harmless slag. The leaching characteristics of heavy metals in fly ash and vitrified slag were investigated using the toxicity characteristic leaching procedure, while the content of PCDD/Fs in the fly ashes and slags was measured using method 1613 of the US EPA. The experimental results show that thedecomposition rate of PCDD/Fs is over 99% in toxic equivalent quantity value and the leaching of heavy metals in the slag significantlydecreases after the plasma melting process. The produced slag has a compact and homogeneous microstructure withdensity of up to2.8 g/cm3 .