医疗垃圾焚烧飞灰重金属形态分析

　　摘要：利用原子吸收光谱仪分别对医疗垃圾焚烧飞灰重金属含量和重金属形态及其随颗粒度分布特性进行了分析, 结果表 明,飞灰中 Cd 、Zn 、Pb 等的浸出浓度远超标与这些重金属的可交换态和碳酸盐态含量较高有关;飞灰颗粒度主要在 96 μm 以下, 96 ～ 150 μm 的颗粒中 Cd 、Pb 含量最高, 且 Zn 、Cd 的形态以可交换态为主。

　　关键词：医疗垃圾 焚烧飞灰 重金属 形态

　　为鉴别垃圾焚烧飞灰的危害性, 国内外通常在 实验室采用一定的提取试剂进行重金属毒性浸出测 试 [ 1-4] , 这种方法适合评价重金属中短期存在的危 险,但很难对重金属的长期生态效应做出较为准确 的预测。因为垃圾焚烧飞灰的重金属毒性不仅与重 金属总量有关[ 5-8] ,更大程度上由重金属的形态分布 决定 ,相同总量的重金属形态分布不同, 其生物效 应和环境效应差异较大。目前, 国内有关垃圾焚烧 飞灰(尤其是医疗垃圾焚烧飞灰)重金属形态方面的 报道甚少 。

　　1 材料和方法

　　1 .1 材 料

　　2 种飞灰样品(FA1 、FA 2)分别取自沈阳危险废 物焚烧中心的 2 台典型医疗垃圾焚烧炉的布袋除尘器出口 [ 10 , 11] ,其中 FA1 取自 15 t/d回转窑焚烧炉, FA2 取自 5 t/d的固定床焚烧炉。 2 台焚烧炉的空 气污染控制装置有区别 , 回转窑焚烧炉设有余热锅 炉,空气污染控制装置依次为急冷塔 、半干法除酸 塔、喷活性炭和石灰粉装置、布袋除尘器;固定床焚 烧炉空气污染控制装置依次为急冷塔、干法除酸系 统、喷活性炭和石灰粉装置、布袋除尘器。为使样品 具有代表性, 飞灰样品是在设备连续稳定运行的 1 周内采集 。飞灰样品经混匀后 ,用 20 目的网筛去除 大颗粒,并在 105 ℃下干燥 24 h 。

　　1 .2 仪器和方法

　　参照文献[ 9] , 采用连续化学提取法对飞灰重 金属形态进行 5 步提取测试 ,每一步提取过滤后的 滤液中重金属浓度采用 SOLAAR S4 型原子吸收 光谱仪测定。然后 ,按各步骤所提取滤液重金属浓 度与溶剂量, 计算重金属在各个形态分布的比例 。 提取的样品均设置 2 个平行样 , 取平均值作为结 果。利用 20 目 、60 目、100 目 、160 目 、250 目的网 筛将飞灰样品分别按颗粒度 >841 、249 ～ 841 、150 ～ 249 、96 ～ 150 、61 ～ 96 、Ni >Pb > Cu >C r>Cd 。 由表 1 可见 ,飞灰浸出液 Cd 的质量浓度分别达 到了2 .96 、2 .50 mg/L , Zn 的质量浓度分别为377 .9 、 302 .6 mg/L , 浸出液 Cd 、Zn 浓度分 别超过 GB 18595 —2001 规定的允许填埋控制限值的 4 ～ 5 倍 及 3 ～ 4 倍 ,浸出液 Pb 的浓度也超标 ,此类飞灰必须 经预处理后方可填埋 。

　　2 飞灰的重金属形态

　　飞灰样品中各重金属形态分布见图 1 。

　　FA1 和 FA2 中 Cu 主要以残余态存在 ,质量分 数分别达 56 %和 65 %;可交换态较少 , 质量分数仅 为 2 %左右;其余 3 种形态分布相对较为均匀。 FA1 和 FA2 中 Pb 的可交换态比例 较低(质量分数 不足10 %), 但可交换态和碳酸盐结合态质量分数之和超过 35 %,可见该飞灰中的 Pb 在酸性环境中 移动性较强 , 具有较大的潜在危害。 KIRBY 等 [ 14] 在研究生活垃圾焚烧飞灰时也发现 , Pb 的碳酸盐结 合态质量分数达 40 %, 并认为 Pb 的浸出主要由其 碳酸盐结合态的溶解程度决定 。 FA1 和 FA2 中 Zn 的可交换态和碳酸盐结合态均较高 ,质量分数之和 在 52 %以上 ,在中性和酸性环境都极易浸出。 FA1 和 FA2 中 Cd 主要以可交换态和碳酸盐结合态存 在,质量分数之和分别达 81 %和 73 %, 其他 3 种形 态甚少。 TAN 等 [ 15] 对生活垃圾焚烧飞灰的重金属 形态分析也发现 , 在几种重金属中 Cd 的可提取组 分(可交换态和碳酸盐结合态)最高 , 质量分数达 88 %左右 。若在飞灰填埋前采用水泥固化方式进行 预处理,难以保证 Pb 、Zn 、Cd 在酸雨等自然条件下 的长期稳定性 。GIORDANO 等 [ 16] 和 ABANADES 等[ 17] 认为, Pb 、Cd 、Zn 等重金属的移动性较高与飞 灰中存在较高含量的氯有关。 FA1 和 FA 2 中 Cr 和 Ni 以残余态占绝对优势, 质量分数分别达 75 %和 85 %以上 , 可交换态和碳酸盐结合态非常低, 且 Cr 的可交换态低于检出限, 这表明大部分 Cr 和 Ni 被 固定在硅酸盐网格中 ,在自然条件下不易释放 。

　　2 .1 飞灰各颗粒度的质量分布

　　图 2 为飞灰各颗粒度的质量分布图。从图 2 可 见, FA1 和 FA2 各颗粒度的质量分布大体一致, 颗 粒均较细, 颗粒度 96 μm 的颗粒质量分布随颗粒度 变化不大 。

　　2 .2不同颗粒度飞灰的重金属含量

　　图 3 为不同颗粒度飞灰的重金属质量浓度 。 从 图3 可见 , 飞灰中Cu含量随颗粒度变化整体趋势呈波动状态 , FA1 和 FA2 Cu 含量分别在颗 粒度 96 ～ 150 、150 ～ 249 μm 出现最大值 ;Pb 含量在 颗粒度<150 μm 时 ,随颗粒度增大而增加, 颗粒度 96 ～ 150 μm 时达到最大值, 之后随颗粒度增大总体 呈下降趋势;FA1 和 FA2 中 Zn 含量分别在颗粒度 61 ～ 96 、96 ～ 150 μm 达到最大值 ;Cd 含量在颗粒度 96 ～ 150 μm 时最高, FA1 尤其明显 ;Cr 含量随颗粒 度增大而呈下降趋势;Ni 在颗粒度 61 ～ 249 μm 具 有较高含量 , 其中 FA2 的 Ni 含量在颗粒度 96 ～ 150 μm 出现最大值。

　　2 .3 不同颗粒度飞灰的重金属形态

　　FA 1 中不同颗粒度重金属形态分布见图 4 。在 颗粒度 96 ～ 150 μm 的颗粒中 ,Cu 的碳酸盐结合态 相对较少 , 残余态最高。 Pb 在颗粒度 <61 、150 ～ 249 μm 的颗粒中 ,可交换态和碳酸盐结合态分布相 似, 但在颗粒度 96 ～ 150 μm 颗粒中可交换态较少, 碳酸盐结合态质量分数高达 62 %。Zn 和 Cd 的可 交换态和碳酸盐结合态随颗粒度变化规律相似, 可 交换态呈峰状分布 ,且其含量在颗粒度 96 ～ 150 μm 的颗粒中均最高, 但此颗粒度范围的碳酸盐结合态 相对较少 。在颗粒度 150 ～ 249 μm 的颗粒中,C r 的 有机质结合态相对较高 。在颗粒度<61 μm 的颗粒中,Ni 的碳酸盐结合态含量相对较高,质量分数为 7%。 3 结 论 (1)医疗垃圾焚烧飞灰中 Cd 、Zn 、Pb 等重金属 浸出浓度超过了 GB 18595 —2001 限值, 这与飞灰 中 Cd 、Zn 、Pb 的可交换态和碳酸盐结合态含量较高 有关 。若在飞灰填埋前采用水泥固化方式进行预处 理,难以保证 Cd 、Zn 、Pb 在酸雨等自然界条件下的 长期稳定性。 (2)医疗垃圾焚烧飞灰颗粒度以 <61 μm 为主。 Pb 、Cd 、Ni 在颗粒度 96 ～ 150 μm 的颗粒中含量最高, Zn 、Cr 含量随颗粒度增大呈下降趋势。在颗粒度 96 ～ 150 μm 的颗粒中, Zn 、Cd 以可交换态为主, Pb 以碳 酸盐结合态为主,Cu 、Cr 、Ni 以残余态为主。

　　参考文献 :

　　[ 1] GB 5086.2—1997 , 固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法 [ S] .

　　[ 2] SONG G J, KIM K H , SEO Y C , et al.Charact eristi cs of ashes from different locati on at the MSW incinerat or equipped w ith various air pollu tion control devices[ J] .Waste Management , 2004 , 24(1):99-106.

　　[ 3] I TO T .Vitrification of fly ash by swirling-flow furnace[ J] . Waste Man agemen t, 1996 , 16(5):453-460.

　　[ 4] MANGIALARDI T , PAOLINI A E , POLET TINI A , et al.Optimization of the s olidification/ stabilization p rocess of MSW fly ash in cemen titiou s matrices[ J] .Journal of H azard ou s Materials, 1999 , B70(1):53-70.

　　[ 5] LI X D, POON C S ,SUN H , et al.Heavy metal speciati on and leaching behaviors in cement solidified/ st abilized waste mat erials[ J] . Journal of Hazardous Materials, 2001 , A82(3):215-230.

　　[ 6] LI U Feng , LI U Jiangao , YU Qianf eng , et al.Chemi cal speciation and mobility of heavy met als in mu ni cipal solid wast e incinerat or fly ash[ J] .Journal of En viron men tal S cience, 2004 , 16(6):885-888.

　　魏国侠 1 刘汉桥 1 , 2 张曙光 2 蔡九菊 3

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