河流污染底泥重金属迁移机制与处置对策研究

底泥污染是城市河流污染的重要研究内容,也是世界范围的突出环境问题之一。介绍了河流底泥重金属主要以可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态、残渣态等形态存在,讨论了pH、氧化还原电位(Eh)、温度、盐度等因素对底泥重金属迁移的影响。综合比较了清淤底泥处理的不同方法,提出控制清淤底泥重金属迁移的首选工艺为黏土物质钝化/稳定化。     

稳定化处理对矿渣中重金属迁移转化的影响研究

土壤中重金属的不同存在形态会产生不同的环境效应,并直接影响重金属的毒性、迁移性和生物有效性.以石灰、粉煤灰、干化污泥、花生壳为稳定剂,对某金矿区含重金属矿渣进行组合处理;通过重金属形态分析、淋滤试验、植物盆栽试验,探讨矿渣中重金属的迁移转化规律.结果表明,添加稳定剂后,酸性矿渣的pH升高至中性以上,有机质含量显著增加.矿渣中As、Pb、Zn的主要存在形态为残渣态,添加粉煤灰、干化污泥和花生壳使矿渣中可交换态As和有机结合态As含量分别降低了65.6%、87.7%;添加石灰、粉煤灰和花生壳使矿渣中铁锰氧化物结合态As主要向碳酸盐结合态As转化;添加石灰和粉煤灰使矿渣中的可交换态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Pb、Zn主要向残渣态Pb、Zn转化.经前期稳定化处理后,矿渣淋滤液中As、Pb、Zn的含量均有不同程度的下降,添加花生壳处理后淋滤液中的As、Pb、Zn含量进一步下降.其中,粉煤灰、干化污泥和花生壳处理后淋滤液中As含量下降最显著,降幅为57.4%;石灰、粉煤灰和花生壳处理后淋滤液中Zn含量下降最显著,降幅为24.9%.添加稳定剂处理矿渣明显有利于植物的萌发与生长,其中添加粉煤灰、干化污泥和花生壳效果最好,香根草的萌发率为76%.     

复配材料钝化重金属污泥试验及工程应用研究

利用多组分新型高效材料与普通硅酸盐水泥制得复配材料,开展箱涵清淤重金属（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn）污染底泥钝化试验及工程应用研究,采用无侧限抗压强度和毒性浸出浓度评价钝化效果,进一步分析重金属赋存形态变化探讨钝化机制.结果表明,底泥：复配材料：黄沙质量配比为5：4：1时,钝化效果最佳.实际工程应用中,H型和O型固化砖抗压强度分别达10.82和10.11MPa,毒性浸出浓度远低于鉴别标准值（GB5085.3-2007）,满足资源化应用要求.重金属浸出浓度与离子交换态和有机结合态占比呈正相关,有机结合态和铁锰氧化态分别为底泥和固化砖中重金属的主要赋存形态,二者占比在固化前后呈现完全相反的变化趋势,该变化对固化稳定化重金属起重要作用.除H型Cr外,其他固化砖中重金属残渣态占比均有所增加.该复配材料基于多组分物质间相互协同作用实现重金属钝化具有实际应用前景.     

生物炭对城郊农业土壤镉有效性及镉形态的影响

为探索生物炭对镉污染土壤的钝化效果,采用室内培养的方法,研究了低镉(镉含量1.86 mg/kg)及高镉(镉含量6.55mg/kg)土壤条件下生物炭对土壤有效态镉及不同形态镉分布的影响。研究结果表明:至培养末期,添加生物炭显著降低了2种镉条件下土壤有效态镉含量,低镉及高镉条件下降幅分别达到4.31%和6.82%。生物炭添加对短期及较长期内不同形态镉含量均会产生影响。在培养初期,2种镉条件下添加生物炭均使可交换态镉含量显著下降(P0.05),铁锰氧化物结合态镉及残渣态镉含量上升,且后者上升显著(P0.05)。在培养末期,生物炭的添加减少了2种镉条件下可交换态和有机物及硫化物结合态镉含量,提高了碳酸盐结合态及残渣态镉含量,且低镉条件下各形态镉含量的变化均有显著差异。该实验数据表明,生物炭与土壤的有效结合降低了重金属镉的有效态含量,其迁移性和生物有效性得以控制,生物炭对土壤重金属镉具有显著的钝化作用,在土壤重金属镉污染治理方面有着巨大潜力。     

污水污泥堆肥重金属总量及形态变化

采用高温好氧静态强制通风堆肥工艺,研究了污水污泥与锯末、粉煤灰或磷矿粉按不同比例混合堆肥前后重金属(Cu,Pb,Zn,Cd和As)总量的变化,以及重金属在交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态3种不稳定态和包括有机结合态、残渣态的稳定态含量的变化,同时探讨了粉煤灰和磷矿粉在堆肥过程中所起的钝化效果. 结果表明:该试验可以显著降低污泥中交换态Cu,Pb,Zn,Cd和As的含量,提高其他形态的含量,但不能降低重金属总量;对重金属的作物可利用态含量的降低以及其他形态含量升高的效果来看,试验A最好,试验B和D次之,试验C最差. 粉煤灰和磷矿粉都是良好的钝化剂,在起钝化效果时,其用量并不是越多越好;在与污泥、锯末混合堆肥中,应控制粉煤灰和磷矿粉用量在15%左右,但是粉煤灰的钝化效果优于磷矿粉.      

猪粪污厌氧发酵进程中的Cu、Zn钝化调控机制研究

厌氧发酵技术是实现猪粪污减量化、无害化、资源化的主要途径。厌氧发酵过程中有效钝化Cu、Zn等重金属、降低重金属对土壤及农产品污染风险仍需持续地开展相关研究。该文以猪粪/玉米秸秆为发酵原料，选用腐殖酸、生物炭和粉煤灰制备复合钝化剂，以厌氧发酵产气率和Cu、Zn稳定态钝化率来优化钝化剂复合比，从Cu、Zn的可还原态、可氧化态、残渣态、生物有效态等方面对猪粪污厌氧发酵进程中的钝化调控机制进行研究。结果表明，当腐殖酸、粉煤灰、生物炭的添加比例为发酵系统中干物质量的7.5%、7.5%、5.0%时产气量最高。影响Cu、Zn稳定态钝化率的主次因素并不相同：影响Cu稳定态钝化率的主次因素顺序为腐殖酸>生物炭>粉煤灰，腐殖酸∶粉煤灰∶生物炭最佳复合比为7.5%∶7.5%∶7.5%，影响Zn稳定态钝化率的主次因素顺序为粉煤灰>腐殖酸>生物炭，腐殖酸∶粉煤灰∶生物炭最佳复合比为5.0%∶7.5%∶7.5%。此外，添加复合钝化剂使得发酵沼渣中Cu、Zn可还原态、可氧化态、残渣态、生物有效态发生显著改变，Cu、Zn由不稳定态向稳定态转化，生物有效性降低。复合钝化剂中的有机、无机成分之间存...     

李氏禾生物炭对重金属污染尾矿砂中铅、锌和砷形态转化的影响

以广西河池市某废弃铅锌矿区的尾砂为研究对象,选用李氏禾生物炭为修复材料,采用BCR连续提取法,探讨生物炭对尾矿砂重金属的钝化效果。结果显示:生物炭对尾矿砂中Pb和Zn的形态转化产生了显著影响,钝化效果Pb>Zn>As。对于Pb、Zn添加生物炭能显著降低尾矿砂中其弱酸提取态含量,有效降低可还原态含量,同时能显著增加Pb和Zn的残渣态含量,并增加Pb和Zn的可氧化态,但并不显著。对于As而言,生物炭添加量为0.4%和0.8%的处理可明显降低其弱酸提取态含量,As的可还原态及残渣态含量均随生物炭添加量增加呈现逐渐增大趋势,可氧化态并无明显变化。生物炭对尾矿砂中的Pb和Zn具有良好的钝化效果,可促进Pb、Zn的弱酸提取态向残渣态转化,降低其在尾矿砂中的迁移性和生物有效性,且0.2%、0.4%的处理钝化效果最佳。     

污泥堆肥化过程中重金属Cu、Zn、Cd的生物有效性研究

向城市污泥中添加木屑调节C/N比,进行好氧堆肥化处理,研究堆肥化过程中污泥重金属Cu、Zn和Cd形态的分布变化,分析堆肥化对重金属Cu、Zn和Cd的钝化效果以及钝化所需时间。结果表明:实验污泥经过54 d堆肥化后,污泥中重金属Cu、Zn和Cd的形态结构分布都发生了明显的改变,且它们的可交换态比例明显减少;Cu和Cd的不稳定态含量明显降低,Zn的不稳定态变化不显著,但堆肥化对重金属Cu、Zn和Cd都具有钝化作用,且钝化Cu、Zn与Cd所需的堆肥时间分别为18,6,26 d。总体而言,堆肥化有利于这3种重金属中生物有效性高形态的向低的转化,有利于堆肥污泥作为肥料的资源化利用。     

高分子聚合物与钝化剂复配对汞污染土壤钝化修复研究

采用盆栽试验方法,研究了添加1种耐酸性较强的高分子聚合物与传统的有机或无机类钝化剂复配来钝化土壤重金属汞,并探讨其对土壤理化特性、植物生长发育、土壤汞形态以及酶活性等的影响。结果表明:与对照（CK）相比,添加不同钝化剂均能有效改善汞污染土壤理化状况和土壤微环境,促进植物生长。不同钝化剂处理均显著降低了土壤有效态汞的比例,土壤水溶态、可交换态汞比例分别较CK降低了106%~315%、12.61%~34.60%;与单一钝化剂相比,添加高分子聚合物的钝化剂能更有效吸附、固定土壤中的汞,并降低土壤重金属汞的生物有效性;生物炭-聚丙烯酰胺（BI-PAM）处理对土壤有机质含量和pH增加最为明显,且对土壤重金属汞的钝化效果最好（水溶态汞、可交换态汞和Fe-Mn氧化物结合态汞占总汞比例最小,分别为1.05%、12.14%、12.72%,而强有机结合态汞和残渣态汞比例最高,分别为15.86%和58.23%）,能促进增产且减少白菜叶片对汞的吸收富集。根据试验结果,针对汞污染酸性土壤,建议施用生物炭与聚丙烯酰胺复配而成的钝化剂。     

生物炭对污泥堆肥及其利用过程重金属有效态的影响

以城市脱水污泥为研究对象,设置2种处理(A组:添加水稻生物炭; B组:未添加生物炭)进行污泥堆肥,并将污泥堆肥产品进行土地利用,研究污泥堆肥及其利用过程重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)的变化特征及其钝化效果,同时考察添加生物炭的影响作用.结果表明:在污泥堆肥及其短期利用过程中,除Ni外,重金属总量没有显著变化,水稻生物炭对5种重金属总量的影响也不显著.污泥堆肥过程对5种重金属具有一定钝化作用,添加生物炭能显著降低重金属有效态含量,并具有显著的钝化效果(P 0. 05),钝化率达到16. 39%～43. 10%,其中Zn、Ni的钝化效果更为显著;而未添加生物炭的污泥堆肥过程对重金属有效态的钝化效果不显著(P 0. 05).施用污泥堆肥会增加土壤重金属含量,短期内,生物炭对污泥堆肥土壤利用后的重金属有效态具有一定影响,但效果不显著.     

全烧垃圾流化床炉飞灰制备免烧砖的性能研究

开展了水泥固化全烧垃圾循环流化床焚烧炉飞灰特性及其制备免烧砖的研究.同时,分析了飞灰的特性,研究了水泥用量对砖体抗压强度和重金属浸出毒性的影响,并对固化前后飞灰在不同p H值溶液环境下的重金属渗滤特性和基于改进RCR连续提取法的重金属形态分布进行了对比研究.结果表明:飞灰中Cd、Cu、Pb、Ni的浸出浓度分别达到1.76、60.29、5.36、1.48 mg·L-1,远超出生活垃圾填埋标准的规定,Cd、Zn、Cu的酸可交换态部分很高,分别为48%、21.26%、20.72%.水泥基材具有良好的稳定效果,添加量达到30%时,免烧砖中重金属的浸出毒性已远低于标准值.随着水泥掺量的提高,免烧砖的抗压强度呈上升趋势,当水泥比例为30%时,强度可达到12.8 MPa,35%水泥比例的砖体,其抗压强度则达到国标建筑用砖的MU15级.与原始飞灰相比,砖体中重金属在不同渗滤液p H下的浸出趋势并未改变,浸出量却显著下降,p H的适应范围变宽.另外,重金属中酸可交换态部分降至低于1%,主要转变成了可还原态,对环境的污染风险大幅降低.     

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO₂对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.     

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．     

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.      

基于固化法共处置飞灰和浓缩液浸出特性研究

在水泥固化时将生活垃圾焚烧飞灰（简称飞灰）以不同的比例代替复合硅酸盐水泥并且用垃圾渗滤液浓缩液代替水进行固化实验,研究了飞灰掺量（40%、50%、60%）、浓缩液替代水对水泥固化法固化效果及重金属（Zn、Pb、Cd、Cr、As、Ba）浸出的影响.结果表明：飞灰掺入量的增加会降低固化体的抗压强度,但浓缩液替代水对固化体的抗压强度没有显著影响.不同重金属的浸出行为受掺灰率的影响不同,掺灰率的增加会减少固化体中Zn的浸出,增加Pb和Cd的浸出,Zn、Pb、Cr、As在第36d可达到稳定浸出量不再增加,Ba的累积浸出量持续增加,加入浓缩液后固化体中Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属的浸出量未超过标准限值,可以满足固化处理对浸出毒性的要求.     

添加剂对垃圾焚烧飞灰熔融特性的影响

研究制备了1种具有多重作用效果的飞灰熔融复合型添加剂,并选用上海和福州2种典型飞灰,利用荧光光谱仪和电感耦合等离子体质谱仪等仪器,分析了添加剂对飞灰熔融过程中的挥发率,流动温度,重金属固定率以及熔融渣的重金属浸出特性的影响.结果表明,添加10%添加剂可以将飞灰的流动温度降低150℃左右,挥发率降低10%～20%,重金属Cu和Pb的固定率提高了10%～20%,对重金属Zn的固定率可提高近40%;同时,采用我国毒性浸出方法和美国EPA的TCLP方法,分析测试熔融渣中重金属浸出量,结果证实几种重金属的浸出浓度均低于相应的标准限值.     

磷灰石-零价铁对底泥铜、铅释放的抑制效果及机理研究

以磷灰石-零价铁作为添加物,强化混凝应急处置Cu、Pb污染河道水体,并模拟构建产生沉积物,通过静态释放实验方式,研究了其对沉积物中Cu、Pb释放的影响和机理.结果表明:磷灰石复合零价铁介入应急混凝处置显著减少了沉积物中Cu、Pb的释放;45 d释放实验后,与对照组相比,添加磷灰石复合零价铁的沉积物中,Cu和Pb从生物有效性高的酸可提取态向生物有效性相对较低的可还原态、可氧化态、残渣态转化.投加磷灰石复合零价铁有利于应急混凝处置重金属产生沉积物的稳定,且零价铁掺杂比例越高,效果越好.     

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 .     

垃圾焚烧飞灰H3PO4稳定化技术及机理研究

分析了焚烧飞灰的全组分和浸出毒性,表明飞灰中含有多种重金属,其中Pb的浸出浓度为67.03mg/L,超过危险废物鉴别标准.研究了H₃PO₄投加量对飞灰稳定化效果及其环境长期稳定性的影响,结果表明:投加相当于飞灰质量8%～14%的H₃PO₄就能够有效地使焚烧飞灰无害化;8%和12%H₃PO₄稳定化飞灰都具有良好的环境稳定性;过多的H₃PO₄投加量会降低处理后飞灰对酸性环境的缓冲能力.对于12%H₃PO₄稳定化飞灰,XRD检测出Cr₂P₂O₇、ZnP₂、Pb₃P₄O₁₃、Pb₃P₂O₇、NaZnPO₄、NaPbP₃O₉、Ca₂ZnSi₂O₇等少量重金属的结晶相;SEM发现了大量独立存在的飞灰颗粒、直径约0.3～0.5μm的Pb₅(PO₄)₃Cl棒状物;CHBr₃浮选没有得到浓缩的重金属.综合分析得到:H₃PO₄是通过与强碱性飞灰之间的中和反应,激活飞灰中的重金属,改善稳定化进行的环境,并产生稳定化所需的PO₄^3-.被激活的重金属与产生的PO₄^3-在飞灰颗粒表面结合.所产生的重金属磷酸盐与SiO₂、CaCO₃、CaSO₄、KCl和NaCl等飞灰主要构成固溶相,几乎不独立存在.