螯合剂固化生活垃圾焚烧飞灰中重金属的机理研究进展

填埋是目前处理生活垃圾焚烧飞灰的主要方式之一,然而飞灰中重金属随渗滤液浸出会对环境产生污染隐患,药剂固化飞灰中重金属是主要预处理方式. 其中,化学药剂中的螯合剂类对飞灰中重金属的固化效果较好,国内外使用广泛. 本文通过对比多种有机螯合剂的重金属固化率发现,具有不同官能团(醛基、羟基、羧基、磷酸官能团和含硫基官能团)的螯合剂的固化效果有明显差异,其中含有磷酸官能团和硫基官能团的螯合剂对飞灰中重金属的固化效果普遍优于含醛基、羟基、羧基官能团的螯合剂. 因此,可根据填埋场渗滤液的酸碱性,通过添加羧基、羟基或磷酸官能团改性有机螯合剂,使填埋场渗滤液达到中性. 同时,螯合固化体形成正四面体结构最为稳定,可以降低飞灰中重金属浸出率,减少填埋场污染隐患.      

飞灰哌嗪类螯合剂固化/稳定化体中重金属释放机理

生活垃圾焚烧飞灰中重金属对环境产生较大危害,而对其的固化/稳定化成为飞灰处理处置中的首要问题。用普通硅酸盐水泥处理垃圾焚烧飞灰较为普遍,为降低能耗提高产品效益,研究了新型大分子有机螯合剂哌嗪-N,N’-双二硫代羧酸钠（TS300）协同不同用量的水泥（30%、40%）固化飞灰中重金属的能力。探究了TS300对目标重金属Zn、Cd、Cr、Pb、Ni的浸出浓度、化学形态和微观结构的影响。结果表明：TS300协同水泥可有效固定飞灰中的重金属,降低浸出浓度60%以上;重金属Cr、Cd、Pb、Ni经固化后的化学形态整体向更稳定的方向移动;随着TS300和水泥添加量的增大,固化块晶体组成更稳定、抗酸强度上升且孔隙致密度增加,其中水泥添加量40%、TS300添加量8%的固化块重金属浸出浓度最低,固化效果最佳。综上,探究TS300协同水泥固化/稳定化重金属的效果和机理,有利于探究不同飞灰处理处置方式的优劣,分析水泥协同药剂固化稳定化飞灰重金属的效果,降低填埋场渗滤液的环境风险,为后续飞灰重金属螯合剂的研发提供新思路。     

水泥标号对飞灰中重金属固化机理影响

一般可通过水泥固化生活垃圾焚烧飞灰中重金属,但不同标号水泥的固化效果与经济效益不同。研究了3种标号(325、425、525)的普通硅酸盐水泥在不同用量(30%、40%)下对飞灰中重金属的固化作用。结果表明,飞灰中5种特征重金属Cr、Zn、Cd、Pb、Ni中仅有Pb和Ni的浸出质量浓度超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》,水泥添加量为30%时,3种标号325、425、525的固化块中Pb的浸出质量浓度分别为46.266、61.122、67.423μg·L^-1,相较于40%添加量为80.315、31.791、25.392μg·L^-1,其浸出结果差异较小,Ni的浸出结果与Pb类似。分析重金属化学形态发现,随着水泥标号的上升,Pb和Ni的残渣态百分比呈上升趋势。对比固化块的XRD结果、电镜图像、孔隙结构和累计孔隙度发现,随着水泥标号上升固化块结构更密实,飞灰中的重金属固化效果更好,但3种标号的水泥对飞灰的固化效果差异较小。因此,掺加30%的325水泥即可较好地固化垃圾焚烧飞灰。本研究结果可为控制填埋场中飞灰固化块的浸出浓度提供参考。