針對城市生活垃圾焚燒后的重金屬遷移特性分析

■郭軍

（黑龍江生態工程職業學院黑龍江哈爾濱401331）

針對城市生活垃圾焚燒后的重金屬遷移特性分析

■郭軍

（黑龍江生態工程職業學院黑龍江哈爾濱401331）

由于城市化速度加快、城市人口激增，所以城市生活垃圾數量不斷增加，當前在生活垃圾處理中焚燒法依舊是主要方法之一，但是焚燒過程中容易產生帶有重金屬的煙氣造成環境二次污染，所以本文將針對城市生活垃圾焚燒后重金屬遷移特性進行研究。

城市生活垃圾 焚燒處理 重金屬遷移特性

引言：城市生活垃圾焚燒后的重金屬遷移特性受到溫度、氧化性氣氛下氮氧比等因素的影響，并且重金屬煙塵具有一定的污染作用，做好重金屬遷移特性研究對環保工作具有較高價值。

1　城市生活垃圾焚燒中的重金屬來源

城市生活垃圾一般都需要分類處理，當前垃圾處理的一種重要方法就是焚燒發電等。由于采取焚燒的垃圾內部有時會混入具有毒害作用的重金屬，經焚燒后就會造成隨飛灰及底灰擴散的現象，造成重金屬污染。一般垃圾中的重金屬主要有鉻、銅、鉛等，其中油氣、化學藥品等是鉻的主要來源；電鍍產品、涂料、電子材料等是銅的主要來源；鉛(Pb)主要來源于汽車添加劑、橡膠、報紙、織物、木塊、塑料、焊接劑、電池、涂料、農藥等;鎘(Cd)主要來自鎘電池、墨汁、尤其、涂料、電鍍制品、顏料等;汞(Hg)主要來源于熒光燈、汞合金、電池、農藥、溫度計等;鋅(Zn)主要來自干電池、鍍鋅、橡膠制品、涂料、防腐劑、木材等。

2　城市生活垃圾焚燒后重金屬遷移特性實驗

2.1制備實驗所需樣品

實驗中所使用的材料是城市日常生活垃圾，隨機抽取100千克城市生活垃圾，然后對其進行混合攪拌，并采用四分法提取實驗垃圾材料。將垃圾材料混合處理后，將其放在105℃的高溫下烘干24小時，充分去除內部水分，然后篩取150目以下的顆粒，相關混合實驗材料主要由廚余、廢紙、金屬、橡膠、塑料、紡織物等組成。

2.2選用的實驗裝置

實驗裝置由供氣裝置、管式爐、尾氣收集裝置組成，在使用中使氮氧混合氣以1.5L·min-1的速率供氣，從而將焚燒的煙氣帶出，然后通過冷卻裝置將煙氣傳送到吸收液中，所選用的吸收液依次為純凈水、10%H2O2與5%HNO3溶液2瓶、4%KMnO4與10%H2SO4溶液2瓶、硅膠，通過他們對飛灰進行吸收處理。

2.3采取的實驗及樣品分析法

實驗中以0.5g垃圾樣品為一次實驗用量，將垃圾樣品使用瓷勺房屋試管爐內焚燒，焚燒的溫度應在600～900℃之間逐步遞增，焚燒的氧氮氣氛比為1∶9、2∶8、3∶7，并選用CaCl2、CaO、MgO、Al2O3等作為添加劑，并對焚燒產生的煙氣、飛灰進行吸收，當垃圾樣品質量保持不變后，取出殘渣側重。

垃圾經焚燒處理后，使用HNO3-HF-HClO4法對灰渣溶解處理，并將其放入原子吸收光譜分析儀中進行重金屬含量的測定，從而計算出灰渣中重金屬所占比重及含量，然后應用EPAMETHOD29法對處理吸收液，并將鹽酸羥胺溶液滴入初始吸收液中，使溶液變成物色后在用原子吸收光譜儀對吸收液的重金屬含量比重進行檢測。

3　結果與討論

3.1重金屬遷移特性受到溫度的影響分析

當垃圾焚燒溫度不斷升高的時候，底灰中重金屬殘留量就會快速降低，從而大幅度提升飛灰中重金屬含量，所以溫度對垃圾焚燒后的重金屬遷移特性影響顯著。

首先在不同溫度段內鉛元素揮發率相對均勻，由于鉛熔沸點低的原因，低熔點鉛化合物會在600℃的時候開始揮發，當溫度升高至800℃時含鉛的氯化物、氧化物隨之揮發，當達到900攝氏度高溫時，底灰渣中的鉛元素基本揮發殆盡。其次，在600℃高溫狀態下鉻元素基本揮發殆盡，在700～900℃時已經基本沒有鉻元素繼續揮發了。最后鋅元素與銅元素在整個高溫焚燒的各個階段會發亮都比較均勻，鑒于其氯化物熔沸點低的特性，所以在溫度不斷上升的時候，垃圾中的重金屬氯化物揮發到飛灰中的總量會有所上升。

3.2城市垃圾中重金屬遷移特性受到的氧化性氣氛下氮氧比重的影響

可以發現氮氧比重的變化對垃圾焚燒中重金屬的遷移影響不是很明顯。基于對焚燒垃圾過程中的氮氧比進行調整，發現垃圾中鉛、鉻、銅等重金屬的揮發率變化較小，并受到氧化性氣氛的抑制作用，致使其重金屬揮發量減少，所以氧化性氣氛下氮氧比的變化對垃圾焚燒中重金屬的遷移特性影響不大。

3.3重金屬遷移特性受到添加劑的影響分析

在進行城市垃圾焚燒實驗中所使用的添加劑多數為氯化物及氧化物溶液，添加劑的總量也控制在了垃圾樣品總量的2%～20%之內，在使用前都在烘箱內經過了24小時80℃的烘烤。

首先分析氯化物對重金屬遷移特性的影響：當添加相同質量的0.1gNaCl、KCl、CaCl2時，鉛、銅、鋅的揮發率分別上升為“43.8%、8.1%、51.9%”“32.6%、30.8%、36.5%”“10.7%、7.0%、11.4%”。這是因為CI的分子鍵在無機氯化物中鍵能較弱，在垃圾混合物中焚燒的時候CI可以輕易析出，然后與重金屬混合成揮發壓力高、低沸點的金屬氯化物，由于金屬氯化態比氧化態的揮發壓力高，所以在垃圾中混合大量氯時就會讓焚燒的CI元素快速的在適當條件下與重金屬發生反應，變成沸點低、顆粒小的氯化物，從而使重金屬揮發速度加快，讓重金屬從底灰快速的遷移到飛灰當中。在研究中發現他們對重金屬揮發特性影響大小的比重依次為Ca-Cl2＞NaCl＞KCl。

其次分析氧化物對重金屬淺議特性的影響：在700℃的情況下一次添加適量的0.1gCaO、MgO、Al2O3，發現垃圾樣品中鉛、銅、鋅的揮發率依次降低了“34%、38.2%、33.2%”“24.4%、-5.6%、23.4%”“27%、43.9%、35.6%”。由此可以看出重金屬淺議特性受到了氧化物的方面影響，當氧化物添加量增加的時候重金屬向飛灰中遷移的速度就會降低，這主要是由于氧化物產生的吸附作用有效的與重金屬元素發生化學反應結合成為高熔沸點氧化物，讓他們沉淀囤積在了底灰中，使其不能輕易揮發。其中重金屬揮發特性受到氧化物抑制能力的大小為MgO＞Al2O3＞CaO。

4　結論分析

經實驗得出結論：重金屬遷移特性受到焚燒溫度影響顯著；氧化性氣氛下氮氧比的變化對垃圾焚燒重金屬遷移特性影響不大，在低溫的時候氮氧比對焚燒中的垃圾重金屬遷移特性影響效果比較顯著，在高溫下會重金屬揮發速度影響微乎其微。當添加適量重金屬時對垃圾焚燒中重金屬遷移特性影響顯著，當CaCl2、NaCl、KCl添加質量相同的時候，影響作用依次為CaCl2＞NaCl＞KCl；當CaO、Al2O3、MgO添加質量相同時，影響作用依次為MgO＞Al2O3＞CaO。

[1]趙曦 李娟等.廣東某大型城市生活垃圾焚燒廠9種重金屬的遷移特征.環境污染與防治2015年06期.

[2]吳楨芬蘇有勇等.氣氛對垃圾焚燒中重金屬遷移特性的影響.環境工程學報2011 年07期.

[3]張厚堅劉海娟等城市生活垃圾焚燒處理過程中重金屬遷移規律研究.環境工程學報.2013年11期.

F3[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-482-1