生活垃圾焚烧飞灰的污染特性
垃圾焚烧飞灰含有重金属、二噁英类、溶解盐等有毒有害的物质。
1 重金属
城市生活垃圾是一种成份十分复杂的废物, 其中含有一定数量的重金属成份, 现阶段通常认为垃圾焚烧过程中产生的重金属主要来源于电池、电器、半导体、镀金材料、颜料等。
1.1 重金属在飞灰中的吸附行为及分布
金属及其化合物在垃圾焚烧过程中会被蒸发进入烟气,烟气从温度较高(800~1000℃) 的炉膛进入温度较低的烟道(400~500℃)时,急剧的冷却使重金属从烟气中浓缩出来,形成离散的金属颗粒气溶胶或在飞灰颗粒表面发生吸附。重金属是垃圾焚烧飞灰中重要的污染成份, 根据Katsunori N研究表明, 焚烧过程中废物中33%的Pb 转移到飞灰中, 1%随烟气排出, 其余66%残留在底灰中。对于Cd 有92%转移到飞灰中, 2%随烟气排出, 约6%残留在底灰中。根据李润东测定结果, 焚烧飞灰中Cu、Pb 和Zn 的含量较多。何品晶测定结果表明, Pb、Cd、Hg 和Zn 是焚烧飞灰重金属污染的主要元素。施惠生采用连续萃取法分析焚烧飞灰浸出液中Zn、Pb、Cd 和Cr 的质量浓度均高于固体废物浸出毒性鉴别标准。由于垃圾中各种重金属含量及其焚烧过程中各种重金属的迁移和转移特性不同, 不同飞灰的重金属含量仍呈现较大的差异。飞灰中重金属含量的一般范围: As 0.01 ～20mg/kg; Cd1.72 ～60mg/kg; Cr 2.38 ～150mg/kg; Cu 1.87 ～400mg/kg; Hg3.25 ～100mg/kg; Ni 6.29 ～120mg/kg; Pb 880.6 ～1200mg/kg; Zn71.1～2000mg/kg。
1.2 重金属在飞灰中的形态分布
根据王伟、万晓等报告, 中本康宏、武田信生等采用连续浸出法和XPS 研究了飞灰中重金属的化学形态, 表明Zn在飞灰中主要以2ZnCO3、3Zn(OH)2、ZnSO4、7H2O 和ZnO 的形式存在; Pb 主要以PbCl2、PbCO3、PbO 等形式存在; Cu 主要存在为CuO; 干式脱硫系统的飞灰中Cd 的主要存在方式是Cd(OH)2 和CdO; 湿式脱硫系统中主要是CdSO4 和CdCl2。何品晶、施惠生等采用连续萃取法对飞灰重金属的化学形态进行分析, 表明飞灰可浸出部分Cd 主要以离子交换态和酸溶态形式存在, 而Pb、Zn 主要以酸溶态形式存在。除Cd 外, 其余重金属可交换态的含量几乎可以忽略, 这也就说明焚烧飞灰中重金属通过焚烧飞灰—水相互作用进入溶液的量是极其有限的。但H+浓度直接影响飞灰中重金属的浸出浓度。根据冯军会分析, H+浓度对各元素浸出的影响程度分别为:Pb=Zn>Cu>Cd>Ni>Cr>As>Hg, 所以保持飞灰所处环境的pH在中性条件有利于抑制重金属的迁移。
2 二噁英
垃圾焚烧过程中会产生二噁英等痕量有机污染, 二噁英包括多氯联苯并二噁英(PCDDs)、多氯联苯并呋喃(PCDFs)和多氯联苯(PCBs), 一般情况下, 把前两类物质简称为二噁英(PCDD/Fs), 二噁英对人体有极大危害, 一旦在人体内积累会产生一系列毒性效应, 损害免疫系统并具有致癌、致畸性, 因此二噁英的污染危害逐年受到公众的重视。
2.1 二噁英在焚烧飞灰中形成机理
由于飞灰表面重金属的催化作用, 二噁英的产生主要是通过焚烧尾部烟道中的二次合成和气相前驱物低温催化生成的。而且焚烧烟气尾部合成的二噁英又被比表面积很大的飞灰所吸附, 导致飞灰中二噁英含量很高。已被证实的垃圾焚烧过程中PCDD/Fs 的形成机理主要方式有, 具有短链的氯化了的碳氢化合物首先转化成氯苯, 然后转化为多氯联苯(PCBs), 最终在高温条件(871℃～982℃) 下转化成PCDFs,PCDFs 进一步反应转化成PC- DDs; 通过飞灰中的大分子碳(所谓的残碳)同有机或无机氯在低温下(约250℃ ～450℃)经飞灰中某些具有催化性的成分(如Cu, Fe 等过渡金属或其氧化物)催化生成PCDD/Fs。
2.2 二噁英在焚烧飞灰中的分布
Buekens A等人认为焚烧处理后袋式除尘器处飞灰二噁英毒性当量高达6ng/g, 静电除尘器飞灰二噁英毒性当量则大约为4ng/g。杨志军检测报告, 飞灰中二噁英总浓度和毒性当量分别为8.44ng/g 和0.80ng/g。飞灰中二噁英的含量取决于垃圾成分、焚烧炉型、焚烧温度、停留时间、混合状况等,这些因素共同作用导致不同飞灰样品中二噁英含量迥异。对于二噁英异构体浓度分布的比较, 冯军会、何品晶对飞灰中二噁英类化合物的检测, 表明飞灰中多氯代二苯并呋喃(PCDFs) 中1,2,3,4,6,7,8- HpCDF 和1,2,3,7,8- PeCDF 百分含量之和为36%～39%, 对毒性当量浓度贡献率最大的是2, 3,4, 7, 8- PeCDF (29%～33%), 其次是1,2,3,7,8- PeCDD (21%～26%)。在对飞灰性质进行评价时, 尤其要注意这2 种化合物对环境的影响。
3 溶解盐
根据张沛君测试结果, 飞灰中溶解盐含量高达17.4%～21.9%, 何品晶对中溶解盐的分析,飞灰中溶解盐质量分数也高达22.1%, 主要为Ca、Na 和K 的氯化物(溶解性氯离子占8.4%～11.0%), 飞灰中氯化物的大量存在会增加其它某些污染物的溶解性, 若不事先去除, 可能会妨碍飞灰的固化和稳定化。
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