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.      

危险废物焚烧灰-渣共热处理对Cr和Pb的原位固定

危险废物焚烧飞灰中重金属含量高,对环境的潜在风险备受关注.本文研究了600～1300℃热处理过程中,危险废物焚烧炉渣的配入对灰-渣体系中Cr和Pb浸出行为的影响.结果表明,灰-渣共热处理可促使体系中的CrO₂向稳定性好的Ca₂Mg(Si_0.99Cr_0.01)₂O₇和FeCr₂O₄相转变,同时Pb主要以残渣态形式存在,从而显著抑制了飞灰热处理产物中Cr和Pb的静态和动态浸出行为.本研究对于飞灰中重金属污染控制及危废协同处置均具有重要参考价值.     

果蔬垃圾乳酸发酵液对焚烧飞灰中氯和重金属脱除的影响

以果蔬垃圾的乳酸发酵液为浸出液,以纯水为对照,考察了乳酸发酵液对飞灰中氯的脱除效果。结果表明:与水洗相比,乳酸发酵液可脱除飞灰中59.3%的水不可溶性氯,使处理后的飞灰入窑比从0.57%增加至1.74%。此外,虽经乳酸发酵液浸出后的飞灰中出现重金属的富集现象,但按照以氯为限值计算的入窑比(1.74%)反推入窑飞灰中重金属的含量可知:入窑飞灰中重金属含量远低于HJ 662—2013《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》标准中规定的限值。因此,以乳酸发酵液进行酸洗替代水洗有利于飞灰通过水泥窑协同处置技术进行利用。     

福州地区垃圾焚烧飞灰中矿物组分和重金属污染特征

采集福州某焚烧发电厂飞灰,分析和对比不同地区矿物组分和重金属污染特征。结果表明:此飞灰主要矿物组分除CaCO₃和SiO₂外,还包含可溶性氯盐(NaCl、KCl)和不可溶氯盐(AlOCl)。重金属总量顺序为Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Cr＞Ni。与全国不同地区的飞灰一致,Zn和Pb总量均较高;Pb超出GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染物控制标准》的浸出毒性标准限值。形态分析结果表明,Cd(83.3%)和Cu(66.2%)的不稳定态占比高,Zn(47.0%)和 Pb(36.6%)的不稳定态也具有一定占比。相比于短期浸出和浸提剂种类(纯水、醋酸和盐酸),5 mol/L盐酸长时间重金属浸出效果显著,Zn和Pb浸出浓度明显增强,且Zn最大;受形态和总量影响,Cu、Cd、Cr和Ni浸出浓度相对较低。因此,飞灰长期堆积在环境中仍具有较高的潜在风险。不同区域飞灰的矿物相及其重金属污染特征存在一定普遍规律,并具有地域特征。该研究成果可为后期飞灰固定稳定化方法提供数据支撑。     

水泥窑共处置含Cr废物中Cr在不同温度下的形态转化

将Na₂CrO₄加入生料中模拟含Cr入窑物料〔掺加比例为0.048%(以w计)〕,以探索水泥窑共处置含Cr废物过程中Cr的形态转化. 将含Cr入窑物料在不同温度条件下进行煅烧,消解煅烧样品以分析Cr在不同温度下的残留率并利用XANES(X射线吸收近边结构光谱)技术分析煅烧样品中Cr的存在形态. 结果表明:对应900、1000、1100、1200、1300和1450℃煅烧条件下,熟料中Cr的残留率分别为88.2%、70.7%、73.7%、67.2%、69.5%和67.8%. 由于窑尾温度为1050～1100℃,并且Cr的残留率在1100℃较高,因此从窑尾添加含Cr废物可以减少水泥窑共处置含Cr废物过程中的Cr逸放. 在900～1450℃煅烧条件下,所有样品中的Cr主要以CrO₃、Cr₂O₃和CaCrO₄的形式存在. 1000℃煅烧温度下存在K₂Cr₂O₇,但不存在K₂CrO₄;900℃和1100～1300℃煅烧温度下有K₂CrO₄存在,但不存在K₂Cr₂O₇. 1100～1450℃煅烧温度下,Cr元素进入到水泥熟料的主要矿物中,并主要以CrO₃和Cr₂O₃的形式与其他物质结合生成了较为复杂的Ca₄A₁₆O₁₂CrO₄、Ca₆Al₄Cr₂O₁₅等.      

水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对重金属的固定效果比较

危险废物水泥窑协同处置与水泥固化,稳定化对废物中重金属的固定机理不同,固定效果因而有所差异.针对含As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等重金属离子的上述2类试样平行开展浸出实验及连续提取实验,以重金属浸出浓度及化学形态为指标,比较分析了水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对废物中不同重金属的固定效果的差异.结果表明,对于As、Pb、Zn等重金属离子,水泥窑高温煅烧及后续水化作用有助于其更稳定化学形态的形成,固定效果优于水泥固化,稳定化,说明含Ag、Pb、Zn的危险废物能够在水泥窑得到有效处置.Cr3 在水泥窑煅烧过程中易被氧化为迁移性和毒性更强的Cr6 ,因而含Cr的废物不适合采用水泥窑协同处置方式.该研究能为不同种类重金属危险废物处置方法的选取提供依据,并为水泥窑协同处置重金属类危险废物的应用和发展提供科学的决策依据.     

碳化对焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力研究

为探究我国不同地区生活垃圾焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力,选取我国8个典型地区的飞灰为研究对象,采用加速碳化试验模拟飞灰长期填埋场景,通过重金属浸出试验探究碳化前后其重金属浸出浓度的变化情况,通过热重分析研究其对CO₂的实际吸收能力,同时基于Steinour方程研究2009—2021年我国飞灰对CO₂的理论吸收能力. 结果表明:通过浸出试验得知加速碳化后飞灰中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别下降了10%~18%和9%~30%,其中上海市和河南省飞灰样品中Zn的浸出浓度已低于生活垃圾填埋场入场要求. 《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)的发布实施导致飞灰中碱性成分占比上升,使得飞灰对CO₂的吸收潜能增至标准发布之前的约1.38倍. 以贵州省、上海市、山东省、北京市、广东省、辽宁省、河南省、天津市8个不同地区的飞灰样品为例,通过Steinour方程推算得到2020年我国飞灰对CO₂的理论吸收量达339.93×104 t,约占2020年我国碳排放总量的0.034%. 对上海市、北京市及河南省3个飞灰样品进行加速碳化试验,通过热重曲线得到飞灰在碳化前后CaCO₃分解段的失重率,进一步推算出2020年我国飞灰对CO₂的实际吸收量达16.34×104 t,占其理论吸收量的4.8%,飞灰对CO₂的实际吸收量小于其理论吸收量的主要原因是,在加速碳化过程中产生的碳酸钙及其他聚合物包裹飞灰,使外部CO₂难以进入飞灰内部. 研究显示,加速碳化对飞灰“减污”效果明显,但“降碳”效果仍需对碳化场景以及预处理过程的工艺参数进行优化,以期最大限度地提高飞灰对CO₂的实际吸收能力.      

印染污泥特性及其掺煤焚烧处置的环境影响研究

对佛山6家印染厂污泥的基本性质和重金属污染进行了分析研究。结果表明:印染污泥有机质含量较高;对照农用污泥污染物限值和城镇污水处理污泥处置混合填埋用泥质标准,Cr、Ni、Cu、Zn不同程度超标,说明印染污泥既不能农用,也不能混合填埋。污泥浸出液中重金属浓度远低于危险废物浸出毒性限值和城镇污水处理厂污泥单独焚烧用泥质的污染物限值。污泥与煤掺混焚烧烟道气中二恶英浓度在0.0125～0.022 ngTEQ/Nm3,远低于GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》限值和GB/T 24602—2009《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》限值。     

水泥窑协同处置掺加萃余钻屑对水泥熟料性能的影响

含油钻屑经过萃取脱油后,通过马弗炉模拟水泥窑协同处置的方式对萃余钻屑开展实验研究。采用热重分析萃余固废掺入对水泥烧成过程的影响,结果表明:掺加萃余固废后,CaCO₃分解温度下降13.2℃,更有利于水泥熟料的烧成;通过乙二醇代用法测定水泥熟料中f-CaO含量,可得掺加萃余固废的最适比例为20%;水泥熟料的X射线衍射图谱结果表明,掺加萃余固体废物烧制的水泥熟料主要矿物组成不变,但萃余固体的掺加对水泥矿物形成仍有影响。水泥产品的水化样XRD图谱结果表明,萃余固体废物掺加会抑制水泥水化反应的速率,并且掺加萃余固体废物的水泥协同处置产品的重金属浸出浓度符合GB 30760—2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》的安全限值,无重金属浸出的环境安全风险。     

垃圾焚烧飞灰熔融渣特性分析

研究了熔融固化产物--熔融渣的特性.结果表明:熔融渣的主要成分为CaO,Al₂O₃和SiO₂,其含量占总质量的99%左右,而SO₃,K₂O,Na₂O和Cl在熔融渣中的含量明显降低,其质量分数分别从原始飞灰中的10.74%,8 58%,3.81%和20.59%降低到0.17%,0.04%,0.23%和0.11%;熔融渣中碱性氧化物和酸性氧化物的含量基本相同,碱度接近于1.0;重金属Cr和Zn的固定率较高,分别为94.2%和81 7%,而Cu,Pb和Cd的固定率较低,分别为31.4%,14.5%和24.6%;采用美国TCLP方法测试的熔融渣中重金属浸出量均低于国家危险废物浸出毒性鉴别标准限值.      

垃圾焚烧飞灰热处理过程中Zn的挥发机理研究

试验在650~1350℃条件下探讨了温度和时间对飞灰中Zn的挥发率的影响,采用XAFs对飞灰及二次飞灰中Zn的赋存形态进行分析,运用吉布斯自由能理论推导了Zn的氯化反应途径,并开展了验证试验.结果表明：温度是影响Zn挥发的主要因素,其挥发趋势随温度先增加而后降低,在1000℃时挥发率达到最高,而时间对其挥发效果影响较小;Zn主要以氯化物形态挥发,从假设反应途径的吉布斯自由能理论计算及验证试验得出,热处理过程中Zn的氯化反应分两步进行,首先飞灰中氯化物与SiO₂反应生成Cl₂,而后与ZnO反应生成ZnCl₂,而小部分Cl₂可能与水蒸气反应形成HCl,再与ZnO反应生成ZnCl₂.     

过渡金属改性的Cr-Ce-O催化剂氧化氯苯性能

以氯苯为含氯挥发性有机污染物探针物,以稀土基CeO₂为基底活性氧化物,采用柠檬酸络合法制备Cr-Ce-O催化剂,考察Cr/Ce物质的量比、过渡金属氧化物掺杂及掺杂量、载体和焙烧温度对Cr-Ce-O催化剂催化氧化氯苯性能的影响;采用XRD、BET、SEM、H₂-TPR、XPS等表征技术分析催化剂的基本特性.研究表明,Cr₂O₃和CeO₂间形成了CrCeO_x固溶体,掺杂有ZrO₂的Cr₂O₃-CeO₂/Al₂O₃催化剂其比表面积得到显著提升,且载体对催化剂活性组分形态结构产生重要影响,其中以焙烧温度为400℃,堇青石为载体的催化剂氧化活性较优.研究发现,ZrO₂掺杂量亦对催化剂氧化活性产生显著性影响,当Zr/Cr物质的量比为1：2时,Cr₂O₃-CeO₂-ZrO₂/堇青石催化剂表现最佳,催化氧化氯苯转化率可达92.7%（反应温度为350℃）,这主要是由于ZrO₂掺入促进了CeO₂和Ce₂O₃,Cr₂O₃和ZrO₂间的相互作用,氧空位增加促使表面活性氧（O_sur）增多.     

污泥与磷酸二氢钙共热解对残渣特性及Cr稳定性的影响

污泥中不稳定Cr的存在严重威胁环境安全和人体健康。利用正交试验方法优化Ca(H₂PO₄)₂与污泥的混合比、热解终温、升温速率和停留时间,分析其对残渣特性及Cr稳定性的影响。结果表明:热解使污泥中的CH₂基团、脂肪族硝基-NO₂和硫酸氢盐分解。在添加Ca(H₂PO₄)₂后,残渣中出现了磷酸PO基团、磷酸二氢盐PO₂基团和磷酸盐PO₄基团。Ca(H₂PO₄)₂在共热解过程中转化为Ca(PO₃)₂,同时Cr在残渣中会形成Cr₂(SO₄)₃晶型化合物。当Ca(H₂PO₄)₂与污泥的质量比为15%、热解终温为650℃、升温速率为15℃/min、停留时间为90 min时,Cr的残渣态(F4)比例最高。此外,添加15%或30%的Ca(H₂PO₄)₂共热解后,残渣中Cr浸出浓度满足GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中Ⅳ类水质要求,表明添加Ca(H₂PO₄)₂共热解可促进污泥中Cr的稳定化。     

适用于BAF的粉煤灰免烧陶粒的制备

为拓宽粉煤灰免烧陶粒的应用范围,使免烧法得以推广,本实验通过激发粉煤灰的潜在活性并选用污水厂剩余污泥为添加剂的方法制备免烧陶粒,使产品比市售烧结陶粒更适用于污水处理领域,为粉煤灰、污泥的处理提供一条经济合理的途径。实验对粉煤灰活性激发机理、污泥添加作用和陶粒物相组成(XRD)进行研究。制备陶粒产品的主要性能指标是破碎率1.9%,,表观密度为1667kg/m3,比表面积7.84m2/g。将制备免烧陶粒和市售烧结陶粒投入曝气生物滤池处理生活污水,结果表明利用污泥为添加剂,可在一定条件下制备出适用于BAF的性能优良的功能陶粒,达到经济节能、变废为宝的目的。     

稳定化处理砷污染土壤对3种修复植物的生态效应

为探索某矿区高浓度砷污染土壤的污染控制与生态修复,以粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、硫酸亚铁（Fe₂SO₄）和磷酸二氢钾（KH₂PO₄）为稳定剂,采用其不同组合对矿区土壤进行稳定化处理,以蜈蚣草、香根草、苎麻为供试植物,研究稳定化处理对土壤中As的形态转化及其对修复植物的生态效应.结果表明,添加不同稳定剂组合处理后,土壤pH值、有机质、阳离子交换量显著增加,增幅分别为：24.4%~29.0%、23.3%~41.1%、17.8%~45.0%;10%粉煤灰、10%干化污泥和1% Fe₂SO₄组合处理对土壤中的As稳定化作用最佳,可交换态As和碳酸盐结合态As含量下降最显著,降幅分别为62.3%、55.3%;添加KH₂PO₄会活化土壤中As,10%粉煤灰、10%干化污泥和1% KH₂PO₄组合处理,土壤中可交换态As、碳酸盐结合态As含量显著增加,增幅分别为26.9%、101.9%.不同稳定剂的组合处理能不同程度的提高3种植物生物量、影响As在植物中的富集、增加植物对As的累积量.3种植物生物量的大小表现为苎麻 > 蜈蚣草 > 香根草.粉煤灰、干化污泥和粉碎花生壳组合处理使蜈蚣草和苎麻地上部分生物量干重增加最显著;粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、Fe₂SO₄和KH₂PO₄组合处理使香根草地上部分生物量干重增加最显著.10%粉煤灰、10%干化污泥和1% Fe₂SO₄组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分As含量下降最显著,降幅分别为45.5%、29.5%和53.9%;而10%粉煤灰、10%干化污泥和1% KH₂PO₄的组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分As含量显著增加,增幅分别为：12.8%、25.2%和62.7%.粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、Fe₂SO₄和KH₂PO₄组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分对As的累积量都达到最大值,与对照相比,分别增加了3.7倍,12.8倍和3.3倍.3种植物对As的富集能力和累积量表现为蜈蚣草 > 香根草 > 苎麻.     

渗滤液浸沥下稳定化飞灰中重金属的浸出行为

稳定化飞灰与生活垃圾混合填埋过程中,在渗滤液浸沥作用下,存在稳定化飞灰中重金属溶出的风险.为探究渗滤液浸沥环境下稳定化飞灰中重金属的浸出行为,基于浸提实验,以填埋场早期、晚期渗滤液为浸提剂,研究了不同液固比（10：1、20：1、30：1、50：1、100：1、150：1、200：1）条件下磷酸稳定化飞灰、螯合剂稳定化飞灰中重金属（Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）的浸出行为.结果表明：随着液固比的增加,浸出液中Cd、Cu和Zn浓度先上升后下降,在液固比20：1时达到最大值,Pb的浸出浓度随液固比的升高整体呈现缓慢增加的趋势,Cr、Ni浸出浓度变化较小,液固比对其影响不显著;Cd和Cu在早期渗滤液浸沥环境下更容易浸出,Zn、Pb、Cr、Ni在早期、晚期渗滤液浸沥环境下差别不大.在两种渗滤液浸沥环境下,螯合剂稳定化飞灰比磷酸稳定化飞灰具有更好的稳定性.     

粉煤灰多孔陶粒在水处理中的应用研究

研究采用电厂的粉煤灰为主要原料制备多孔陶粒,分别将其用作水处理中的微生物载体和吸附剂。挂膜结果表明:COD、氨氮这两项指标的出水基本稳定,去除率高。用多孔陶粒作吸附剂处理含铬废水时,等温吸附实验表明,多孔陶粒吸附水中的铬的等温方程基本符合Langmiur等温方程式,在pH值为酸性时对铬的去除率较高。用HCl和NaOH溶液再生多孔陶粒,酸的效果更好。     

嗜酸硫氧化菌株的分离及其在污泥生物脱毒中的应用

以元素硫为底物,采用选择性液体培养基加富培养继以稀释平板法直接从污泥中分离出一株嗜酸硫氧化菌株SS-3.该菌株能将硫粉或硫代硫酸盐氧化成硫酸或硫酸盐,但不能氧化二价铁.序批式生物淋滤试验结果表明,接种该菌株并添加硫作为底物可有效加速污水污泥中重金属的溶出.经过15 d的生物淋滤,Cr,Cu,Zn的去除率可分别达到66.8%,95.4%,100%.