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 .     

电弧炉炼钢过程中二□英类的排放浓度和同类物分布

对国内某电弧炉炼钢设施的烟气和飞灰样品中二(噁)英类物质进行了采样分析.结果表明:炉内直接排烟和屋顶罩排烟烟气中的二(噁)英类毒性当量(TEQ)浓度平均值分别为0.13和0.17 ng/m3(均指I-TEQ当量);2种烟气的布袋飞灰中二(噁)英类毒性当量质量分数分别为7.5和55.0 ng/kg;PCDDs同类物的质量浓度随着氯取代数的增加而呈升高趋势,PCDFs实测质量浓度和毒性当量浓度均远大于PCDDs;排放分布特征表明,电弧炉炼钢设施排放的二(噁)英类生成机理应为从头合成反应.     

燃油式火化机排放烟气中二□英类污染水平和排放特征

对国内6台燃油式火化机排放烟气中的二□英类污染水平和排放特征进行了初步研究.结果表明:烟气样品中ρ(二□英类)为9.2～120.0 ng/m3〔273.15 K,101.325 kPa,φ(O₂)为11%换算值〕,毒性当量(TEQ)浓度为1.0～8.1 ng/m3;所有烟气样品中二□英类同类物分布相似,17种2,3,7,8-氯代二□英类同类物被全部检出,其中2,3,4,7,8-P₅CDF对毒性当量浓度的贡献最大;ρ(PCDFs)高于ρ(PCDDs),ρ(T₄CDFs)在PCDFs中最高;燃烧控制和烟气处理措施是影响燃油式火化机二□英类生成和排放的重要因素.      

生活垃圾焚烧飞灰中的二英分布及指示异构体的识别

对我国4座生活垃圾焚烧炉飞灰样品中的二英分析结果表明,二英的毒性当量范围为0.34～3.80 ng/g.二英异构体的分布具有相似性,其中1,2,3,7,8-PeCDD和2,3,4,7,8-PeCDF共占毒性当量的33.6%～40.5%.结合对某生活垃圾焚烧炉长期监测结果,同一焚烧炉不同时期飞灰样品的二英毒性当量与1,2,3,7,8-PeCDD和2,3,4,7,8-PeCDF贡献值具有很好的线性相关性（r分别为0.996 3和0.997 4）,1,2,3,7,8-PeCDD和2,3,4,7,8-PeCDF可作为指示异构体用于焚烧飞灰中二英毒性的快速测定,尤其适用于同一焚烧炉的长期监测,指示因子分别为4.466?4和3.164?6;不同焚烧炉飞灰的二英毒性当量与2,3,4,7,8-PeCDF有很好的线性相关性（r=0.984?9）,2,3,4,7,8-PeCDF可作为不同焚烧炉飞灰中二英检测的指示异构体,指示因子为3.419 4.     

水热法协同处置不同垃圾焚烧炉飞灰及其机理

生活垃圾焚烧飞灰富含重金属且极易浸出对环境造成污染.通过研究流化床飞灰和炉排炉飞灰的理化特性,将流化床飞灰作为硅铝源,将炉排炉飞灰作为碱激发剂,在无添加剂条件下水热合成水钙铝榴石和雪硅钙石,从而将重金属稳定在晶体中.借助SEM图像分析水热合成机理,以雪硅钙石的晶体结构解释其吸附重金属机理.水热反应后液相中几乎不存在重金属,用重金属浸出率对飞灰浸出毒性进行量化评估,水热反应后的飞灰重金属浸出率相比流化床飞灰均有明显的降低,当水热反应添加的流化床飞灰与炉排炉飞灰的质量比为7：3时,水热后的Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的浸出率最低,浸出率分别为0.073%、0.006%、0.107%、0.006%、0.326%.     

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.      

双通道气相色谱法观测本底大气中的CH_4、CO、N_2O和SF_6

在商用Agilent6890N气相色谱仪基础上,通过自组装、集成及调试,在青海瓦里关全球大气本底站建立了双通道气相色谱在线观测系统,以实现同时高精度分析本底大气中的CH4、CO、N2O和SF6.同时,利用保留时间定性,用峰高定量CH4、CO和SF6,用峰面积定量N2O,对体积分数分别为2000.3×10-9、199.8×10-9、320.04×10-9和5.9×10-12的CH4、CO、N2O和SF6混合标气重复进样110次,分析时每隔3个未知样品穿插分析1个标气,以保证分析结果的可靠性.该站试运行期间的数据表明,该系统分析CH4、CO和SF6的稳定性较好,能满足清洁本底大气高精度、高准确度分析要求,分析结果的相对标准偏差(RSD)分别为0.04%、0.50%、0.08%和1.80%.     

Effects of inorganic chlorine source on dioxin formation using fly ash from a fluidized bed incinerator

Chlorine source is indispensable for polychlorinated dibenzo-p-dioxin and furan (PCDD/F) formation during municipal solid waste (MSW) incineration. Inorganic chlorine compounds were employed in this study to investigate their effects on PCDD/F formation through heterogeneous synthesis on fly ash surfaces. A fly ash sample obtained from a fluidized bed incinerator was sieved to different size fractions which served as the PCDD/F formation sources. The capability of different metal chlorides which facilitate the formation of PCDDs/Fs was found to follow the trends: Na ＜ Mg ＜ K ＜ Al ＜ Ca, when two particle fractions of ＞177 μm and 104-125 μm were used in the experiments. However, the capability of NaCl, MgCl2 and KCl did not seem much different from each other, whereas CaCl2 and AlCl3 were much more active in PCDD/F formation. NaCl and MgCl2 were relatively effective to produce more PCDDs, while KCl, AlCl3 and CaCl2 generated more PCDFs during heterogeneous reactions occurring on fly ash. 2,3,7,8-TCDF was the most significant contributor to the toxicity of the PCDDs/Fs formed from inorganic chlorine sources. Decreasing the sizes of fly ash particles led to more active formation of PCDDs/Fs when NaCl was used as inorganic chlorine in the experiment. The highest PCDDs/Fs produced from particles with size ＜37 μm, while the lowest PCDDs/Fs produced from particles with size ＞177 μm. The toxicity generally increased with decreasing size of the fly ash particles. The formation of PCDDs was mainly facilitated by the two size fractions, 104-125 μm and ＜37 μm, while formation of PCDFs was favored by the two other size fractions, ＞177 μm and 53-104 μm.     

生活垃圾焚烧飞灰矿物学特性及重金属分布

生活垃圾焚烧飞灰的矿物学特性是飞灰中重金属赋存环境的直观反映,与重金属在处置环境中的释放和迁移行为密切相关.为掌握重金属在生活垃圾焚烧飞灰中的分布规律,结合X射线衍射、扫描电镜等常规矿物学研究工具及矿物解离分析系统对飞灰的矿物学宏观属性和微观属性进行全面测试.结果表明,飞灰是由矿物相和非矿物相组成,两者之间紧密连生,主要矿物相包括氯盐和方解石、氢氧钙石等多种含钙矿物.重金属元素在飞灰中主要以3种形式存在:均匀分布在无定形的非矿物组分中,以同晶置换赋存在方解石等矿物中以及吸附在特殊矿物如石英、赤铁矿等表面.难挥发性重金属Cu和Cr绝大部分分布在非矿物相中;半挥发性重金属Zn和Cd各有43.92%和60.61%的含量分布在矿物相中,其中,方解石对Cd、赤铁矿对Cr及硅酸盐对Zn存在较强的富集作用.     

城市垃圾焚烧飞灰特性及水泥固化试验研究

试验分析了重庆市某城市垃圾焚烧发电厂飞灰的化学成分,研究了原飞灰的浸出毒性,考察了水泥对原飞灰和酸洗预处理飞灰中重金属的固化效果. 结果表明:飞灰中重金属Pb和Zn的浸出质量浓度均超过《危险废物浸出毒性鉴别标准》(GB5085.3-2007),因而被认为是危险废物,必须对之进行稳定化处理;酸洗预处理飞灰固化试块的抗压强度得到了一定程度的提高,其重金属Pb和Zn的浸出毒性均较相同配比、相同养护时间的原飞灰固化试块有明显降低;酸洗预处理飞灰固化试块抗压强度随掺入飞灰比例的降低和养护时间的延长而加大,在养护28 d时其抗压强度最高,达4.25 MPa;酸洗预处理飞灰固化试块在养护28 d时,其重金属Pb和Zn的浸出质量浓度分别比原飞灰所制固化试块降低了10.6%～59.0%和7.4%～73.7%.      

垃圾焚烧飞灰烧结过程重金属迁移特性研究

对垃圾焚烧飞灰烧结处理过程6种重金属(Cd、Pb、Cu、Ni、Cr和Zn)迁移特性开展系统实验研究,烧结实验在高温箱式电炉上进行,着重考察烧结温度、时间、制样压力等条件对重金属残留率的影响.结果表明:Cr残留率随温度升高而显著提高,Cu、Zn残留率随温度升高有所波动;烧结时间对Cu残留率影响显著,对其它5种金属影响不明显;在一定范围内,6种重金属残留率随制样压力增大而提高;Cd、Pb易于挥发,而Cu、Ni、Cr和Zn不易挥发;烧结温度、时间、制样压力对各种重金属残留率的影响程度各不相同;烧结处理可以固化大部分重金属,同时飞灰中重金属在烧结过程中的残留率因种类不同而呈现显著差异.     

我国垃圾焚烧飞灰性质及其重金属浸出特性分析

调查分析了我国12个垃圾焚烧飞灰样品的性质和重金属浸出规律.结果表明,飞灰的主要组成元素有Si、Ca、Al、Fe、K、Na、Cl 等,除1个样品外,飞灰样品中的重金属元素含量均在0 .5%～3 .0%范围内.由此可见焚烧飞灰具有较大的环境风险,必须按危险废物进行安全管理.应用单批次浸出程序检测结果表明,美国EPA的毒性浸出程序（TCLP）和我国固体废物浸出毒性鉴别程序（GB 5086 .1-1997）对焚烧飞灰中的重金属浸出率偏低,且二者对飞灰危险性评估的差异较大,这主要是受二者不同的浸出液最终的pH值所影响.常规酸中和容量（GANC）浸出试验结果表明,飞灰中重金属的浸出主要受浸出液的最终pH值影响,而该pH值取决于飞灰中碱性物质与浸取剂酸度二者间的相互作用.通过对不同类别程序的浸出过程分析发现,在相同浸取液作用下,单批次式浸出程序的静态平衡终点与连续过流式浸出程序的平衡终点存在较大差异,有必要结合我国飞灰特点和实际处置场景,建立适用于焚烧飞灰的单批次式毒性浸出试验程序,避免对飞灰危险性识别的不足和管理的失控.     

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。     

城市垃圾焚烧飞灰中重金属的化学形态分析

化学形态分析是一种认识重金属环境行为的有效方法。采用这种方法,可使焚烧飞灰中重金属的毒性将不再仅仅是简单地依赖于其总含量,而是与不同形态重金属在环境中的迁移转化行为相联系。依据化学形态分析的结果,可以了解焚烧飞灰中不同重金属的存在形式,从而为焚烧飞灰的处置利用研究提供科学依据。采用连续化学萃取法对焚烧飞灰中重金属的化学形态进行了研究。结果表明,焚烧飞灰中主要重金属的形态,有些属于不稳定结合态,有些则属于稳定结合态,在处置利用焚烧飞灰时应尽可能地将飞灰中的重金属由不稳定态转变为稳定态。      

焚烧飞灰卫生填埋共处置的螯合稳定化技术研究

对4种垃圾焚烧飞灰的性质进行了分析,其主要元素以Si、Ca、Al、Cl等为主,此外还含有相当数量的重金属如Pb、Zn、Cu、Cr、Cd等,存在很大的环境风险.而飞灰进入卫生填埋场进行共处置是现实可行的出路,为保证共处置的安全性,针对共处置情景制订的浸出毒性浸出方法提高了浸取液酸强度(0.3 mol·L-1,以H 计),此浸出方法已于2007-05-01日开始执行.采用二硫代氨基甲酸盐(dithiocarbamate)类螯合剂对焚烧飞灰进行了稳定化处理工艺实验,结果表明,DTC类螯合剂通过螯合反应作用于飞灰中的重金属,当DTC类螯合剂投加量为3%(质量分数)时,4种飞灰中重金属的浸出值均能达到在卫生填埋场和垃圾进行共处置的要求.     

稻壳灰中温热处理稳固化垃圾飞灰重金属

利用稻壳灰与某垃圾电厂产生的飞灰为原料,对飞灰和稻壳灰与飞灰的混合物进行中温热处理,探究热处理工艺参数对稻壳灰稳固化垃圾飞灰重金属的影响.在一定温度范围内,反应主要产物为CSSF（即Ca₁₀（SiO₄）₃（SO₄）₃F₂）、Ca₃SiO₅等硅酸盐结晶相,这些物质会包覆重金属,同时,飞灰重金属Pb、Zn、Cu、Cd中相对不稳定的酸溶态和可还原态向更稳定的可氧化态或残渣态转变,使Pb、Zn、Cu、Cd的浸出浓度显著降低;热处理时间延长,稻壳灰添加量增加,会使热处理样中硅酸盐种类增多,结晶度提高,导致重金属的浸出浓度逐渐降低;稻壳灰添加量在2%~4%范围内,经中温热处理样品的重金属浸出浓度较低,添加量过高时（超过6%时）,重金属浸出浓度逐渐升高.     

垃圾焚烧飞灰冶金性能研究

垃圾焚烧飞灰是危险废物因而必须进行处理.用冶金高温熔融分离来处理飞灰是一个新的无害化处理方法.在了解飞灰特性的基础上,研究了飞灰的冶金性能.对飞灰进行冷固结造球,并分析了球团的强度和浸出毒性;测试了球团的粘度和熔化性温度;进行了飞灰球团高温熔融分离实验,分析了熔渣中的重金属和浸出毒性.实验结果表明,飞灰的矿物组成主要是CaO、SiO2等氧化物;选择7%消石灰,添加1%糖浆进行飞灰冷固结,并养护18d,单个球团平均抗压强度可达到1005 N,球团的浸出毒性没有超标.飞灰的熔化性温度范围为1250～1290℃,此时的熔渣粘度较低;飞灰高温熔融分离的适宜工艺参数为:熔融温度1400℃,熔融时问10min,球团碱度1.8,金属熔池与飞灰球团配比为5:4,金属熔融分离效果很好;飞灰经过1300℃以上的高温熔融,熔渣远远低于浸出毒性标准.     

水洗过程对垃圾焚烧飞灰浸出特性的影响

通过水洗试验,对垃圾焚烧飞灰的浸出特性进行了研究.结果表明:水洗过程对飞灰中Cl,Na,K和Ca元素具有一定的去除效果,尤其是Cl元素的去除率在液固比为10 L/kg时可达到60.0%;经过水洗后飞灰XRD图中的钾盐和食盐的特征峰已经不明显,石英和石膏特征峰改变很小,KCl和NaCl是水洗过程中K,Na和Cl元素的主要去除形态;水洗对飞灰的酸中和容量影响较小;采用TCLP法和水平振荡法进行对比试验表明,水洗灰的重金属浸出质量浓度均低于原灰.      

基于污泥掺烧的某生活垃圾焚烧厂烟道气、飞灰及炉渣中的二(口恶)英特征

以我国南方某生活垃圾焚烧厂掺烧10%市政污泥的生活垃圾为研究对象,对前/后口废气、飞灰、炉渣及用于掺烧的污泥中17种二(口恶)英的含量进行了测定,并分析了其指纹分布特征.结合焚烧工况及处理设施,从生成机理角度探讨了二(口恶)英的排放特征、毒性当量浓度主成分特征及主要单体的排放因子线性关系.结果表明：掺烧10%的市政污泥后,废气中二(口恶)英的去除率为99.4%,低于国家排放标准;固体废物中二(口恶)英含量为飞灰 > 炉渣 > 污泥.这说明采用高温焚烧和"活性炭喷射+布袋除尘"装置不会影响掺烧10%污泥的达标排放.指纹分布特征表明,前口废气以1,2,3,4,6,7,8-HpCDF和OCDD为主,后口废气以OCDD和OCDF为主;飞灰、炉渣及污泥中的主要单体为OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、OCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF.主成分分析显示,前口废气和飞灰中的二(口恶)英毒性分布特征相似;炉渣和污泥的毒性分布特征相似;后口废气有自身的特征.这说明在相同工况条件下,经同一设施处理的废物中二(口恶)英排放特征相似.排放因子分析表明,2,3,4,7,8-PeCDF和1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD和1,2,3,7,8,9-HxCDD与总毒性排放因子具有较强的线性关系,且呋喃类（PCDFs）强于二(口恶)英类（PCDDs）.     

垃圾焚烧飞灰中二噁英削减技术研究

二噁英(PCDD/Fs)是多氯代二苯并二噁英和多氯代二苯并呋喃的总称,因具有生物蓄积性、高毒性、难降解等特点而备受关注。垃圾焚烧是二噁英的重要来源,而其中超过50%的二噁英以飞灰形式排出。文章综述了热分解法、光降解法、机械化学法、生物降解法等飞灰二噁英毒性削减技术的国内外研究进展,并在此基础上对飞灰二噁英削减技术研究和管理提出了建议。