Leaching behavior of heavy metals from municipal solid waste incineration bottom ash and its geochemical modeling

With the increase in the number of municipal solid waste incineration (MSWI) plants constructed in China recently, great attention has been paid to the heavy metal leaching toxicity of MSWI residues. In this study, the effects of various parameters, including extractant, leaching time, liquid-to-solid ratio, leachate pH, and heavy metal content, on the release properties of Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn from MSWI bottom ash were investigated. Partial least-squares analysis was employed to highlight the interrelationships between the factors and response variables. Both experimental research and geochemical modeling using Visual MINTEQ software were conducted to study the pH-dependent leaching behavior of these metals in fresh and weathered bottom ash, considering precipitation/dissolution and surface complexation reactions (adsorption by hydrous ferric oxide and amorphous aluminum oxide/hydroxide). The results showed that leachate pH was the predominant factor influencing heavy metal leachability. The leaching of Cu, Pb, and Zn was mainly controlled by precipitation/dissolution reactions, whereas surface complexation had some effect on the leaching of Cr, Cd, and Ni for certain pH ranges. The modeling results aggreed well with the experimental results. Part of this work was presented at the Fourth International Conference on Combustion, Incineration/Pyrolysis and Emission Control (i-CIPEC)     

Adsorption of basic dye from aqueous solution onto fly ash

The fly ash treated by H₂SO₄ was used as a low-cost adsorbent for the removal of a typical dye, methylene blue, from aqueous solution. An increase in the specific surface area and dye-adsorption capacity was observed after the acid treatment. The adsorption isotherm and kinetics of the treated fly ash were studied. The experimental results were fitted using Langmuir and Freundlich isotherms. It shows that the Freundlich isotherm is better in describing the adsorption process. Two kinetic models, pseudo-first order and pseudo-second order, were employed to analyze the kinetic data. It was found that the pseudo-second-order model is the better choice to describe the adsorption behavior. The thermodynamic study reveals that the enthalpy (ΔH⁰) value is positive (5.63 kJ/mol), suggesting an endothermic nature of the adsorption.     

碱熔融法合成NaA和NaX型粉煤灰沸石的品质表征

以粉煤灰为原料采用碱熔融法合成了2种单一沸石矿物种的NaA和NaX型沸石,并对产物的结构、性能和应用指标进行了详细表征.经x射线衍射和IR光谱分析,表明合成产物是无杂晶生成的NaA和NaX型沸石相;在扫描电镜观察下,产物分别具有NaA和NaX型沸石的立方体和八面体晶体骨架结构.DTA分析表明了合成产物中沸石水的存在,且产物热稳定性较好.通过对比,粉煤灰合成的NaA和NaX型沸石的比表面积达到了相应商品沸石的66.9%和83.6%;孔容为41.1%和70.2%;阳离子交换容量(CEC,cation exchange capacity)为82.93%和84.31%.通过比较化学组成表明,大规模应用合成产物不会对环境造成危害.     

杉木观光木混交林群落的能量生态

对杉木观光木混交林群落能量的研究结果表明：混交林中观光木地上部分灰分含量以皮最高,而杉则以叶最高,两者GCV（干重热值）和AFCV（去灰分热值）均以叶为最高;观光木、杉木地下各部分的灰分含量均随径级的减小而增加,GCV均以粗根最高,细根最低;观光木的平均灰分含量高于杉木,但GCV和AFCV均低于杉木;从乔木层、灌木层到草本层,灰分含量依次增加,GCV和AFCV则依次降低,混交林群落的能量现存量公占群落的很小一部分,而其能量年净增量、归还量和净固定量却占有一定比重,混交林群落的太阳能转化率为1.57%,而纯林为1.44%,表明杉观混交林是一种能量生产力较高和维持地力能力较强的杉阔混交类型。同时,混交林的能量累积比大于纯林,能量流动速率则低于纯林;乔木层的能量累积比高于林下植被,能量流动速率则低于林下植被,从能量的角度看,构建合理的群落结构必须选择高能量累积比的乔木层树种,同时须促进能量流动速率快的林下植被的发育以维持和提高地力。     

间歇-阶段性酸雨入侵对填埋稳定化飞灰中重金属浸出行为影响

以间歇-分阶段进水方式进行了模拟酸雨柱式动态淋溶实验.结果表明,间歇-阶段性酸雨入侵会影响填埋飞灰中Pb、Zn、Cu、Cr和Ni的浸出行为;尤其间歇停滞期后的初期酸雨入侵会增加多数重金属的再浸出水平,且该部分重金属的释放主要源于前阶段酸雨侵蚀过程中所形成的非稳定性(弱酸态)重金属.各酸雨侵蚀阶段,部分重金属(如Pb-Zn)的浸出行为具有相关性,这与各重金属在飞灰基质内的赋存形态、矿物相稳定性及酸性侵蚀程度等有关.各阶段酸雨入侵会相继溶出飞灰中的可溶性(NaCl、KCl等)、难溶性氯盐(CaClOH)以及微溶性钙盐(CaSO₄),并增加CaCO₃和Ca-Al-Si-O等矿物的峰强.各阶段酸雨入侵会使初始飞灰表面的团簇状结构逐渐被酸性(H⁺)侵蚀作用破坏,并暴露出大量棒状或条形状CaCO₃晶体,且随着酸雨入侵次数的增加,CaCO₃也将逐渐被侵蚀破坏.本研究为非连续酸性降雨条件下填埋稳定化飞灰的重金属浸出行为评价及风险管控提供了科学依据.     

类水滑石对污泥焚烧飞灰浸出液中磷的纯化

采用Mg-Fe型类水滑石（LDH）吸附剂提纯污泥焚烧飞灰（ISSA）浸出液中的磷,探究了吸附剂煅烧对磷吸附效果的影响及磷吸附和脱附机理.研究发现,在高浓度磷溶液（>1000mg/L）中,未煅烧的类水滑石（LDHu）磷吸附容量高于煅烧后的类水滑石（LDHc）.LDHu具有典型的层状结构,磷的吸附与脱附主要通过磷和金属离子沉淀-溶解、静电吸附-排斥、配位作用和离子交换实现.而LDHc层状结构消失,形成双金属氧化物,不存在明显的阴离子交换作用.经LDHu或LDHc吸附和NaOH溶液脱附后,ISSA浸出液均具有良好的磷纯化效果,磷相对纯度从36%分别上升至77%和69%,磷回收率分别为84%和57%.纯化后的溶液适合制备高值含磷产物.     

秸秆焚烧对哈尔滨市灰霾天气的影响

2015年11月1—4日,哈尔滨市及周边地区发生了连续的灰霾天气,颗粒物浓度急剧升高。污染发生时,监测仪器均布设在哈尔滨市区上风向30 km处(哈尔滨市双城区)并开展了连续96 h的监测分析。综合利用气象观测资料,3D可视激光雷达监测资料及地面空气污染监测资料分析了灰霾天气发生的气象条件和污染边界层特征,根据哈尔滨市双城区大气污染物排放源谱库对主要成分进行来源解析,结合颗粒物质量浓度和气象条件研究了秸秆焚烧对灰霾天气的影响。结果表明,灰霾天气持续期间,夜间生物质燃烧源成为该地区颗粒物的第二大源;秸秆焚烧产生的大气污染物,由于地面长时间静风,污染边界层降低等原因,致使本地污染物累积、不易扩散,加剧了本次污染。     

粉煤灰基层状金属氧化物对水中活性红X-3B的吸附

以粉煤灰(FA)为原料,采用共沉淀法制备了层状双金属氢氧化物(LDH)和层状金属氧化物(LMO,也称LDO),并采用XRD和BET技术进行了表征。比较了FA、LDH、LMO对活性红X-3B染料(X-3B)的吸附效果;考察了LMO吸附X-3B的影响因素,并探讨了吸附机理。XRD表征结果表明,LMO在吸附X-3B后重新恢复LDH层状结构。BET表征结果表明,LMO的比表面积大于LDH。吸附实验结果表明,3种吸附剂对X-3B吸附效果的优劣顺序为:LMOLDHFA;在初始X-3B质量浓度为50 mg/L、LMO投加量为2.0 g/L、吸附温度为25℃、吸附pH为7、吸附时间为30 min的条件下,X-3B去除率可达98.1%;LMO对X-3B的吸附符合Langmuir等温吸附方程,饱和吸附量为129.53 mg/g,且吸附过程可用准二级动力学方程描述。     

粉煤灰的改性及对刚果红的吸附

分别采用沸水浸泡、酸浸、碱浸和加热的方法对粉煤灰进行改性处理,利用FTIR仪和XRD仪对改性粉煤灰的成分和官能团进行了分析,并利用改性粉煤灰对模拟刚果红废水进行脱色。实验结果表明：碱改性粉煤灰中含有大量官能团,以及NaPl型沸石类物质,能够明显提高粉煤灰对刚果红的吸附性能;与活性炭相比,碱改性粉煤灰具有更高的性价比;在初始刚果红质量浓度为20mg/L、碱改性粉煤灰加入量为50g/L的条件下,废水的脱色率可达87.52%;碱改性粉煤灰对刚果红的吸附过程遵循二级反应动力学,较好地符合Langmuir等温式和Freundlich等温式。     

SGA对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化性能研究

根据EPA1311、HJ／T299—2007、HJ／T300—2007和HJ557—2009等国内外不同标准,研究了深圳某垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧飞灰的浸出毒性,探讨了六硫代胍基甲酸（sixthioguanidineacid,SGA）、二甲基二硫代氨基甲酸盐（sodiumdimethyldithiocarbamate,SDD）和Ca（OH）2浓度对垃圾焚烧飞灰中重金属的固定性能的影响。研究结果表明,随着浸提液pH的降低,该厂焚烧飞灰中大部分金属元素的浸出量增大,焚烧飞灰浸出液中的cd、Ni、Ph和zn浓度分别超过国家危险废物鉴别标准（GB5085．3—2007）规定值的4．75倍、1．47倍、6．72倍和2．20倍,属于危险废弃物,必须进行稳定化处理。当固化剂SGA加入量为0．1mol／kg时,稳定化后的重金属浸出浓度已经低于危险废物鉴别标准,且对Cd、Cr、Cu和Pb的固化性能优于SDD和Ca（OH）2;当固化剂SGA、SDD和Ca（OH）2加入量为0．5mol／kg时,稳定化后的焚烧飞灰重金属浸出浓度均低于国家危险废物鉴别标准（GB5085．3-2007）中的规定值。与SDD和Ca（OH）：相比,SGA对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化处理更具有优势。