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重金属是城市生活垃圾焚烧飞灰的主要污染物之一，有学者曾对垃圾焚烧飞灰中重金属的存在形态、分布及其在环境中的浸出性等做过研究，但因不同地区垃圾组成的差异性很大，焚烧后飞灰中重金属的存在形态及其浸出性也存在很大差别。
本文以城市垃圾焚烧厂收集的飞灰为研究对象，研究其中重金属的存在形态及酸浸出性，以期为垃圾焚烧飞灰的处理提供科学依据。
1样品的采集和分析
飞灰样品采自江苏省某环保热电有限公司，将其粒径分为六个等级：<54μm，54～74μm，74～174μm，174～280μm，280～900μm，>900μm，飞灰在各个粒径上的分布及其累积分布如表1所示。
由表1可见，飞灰的粒径分布近似正态分布，大部分颗粒集中在54～280μm之间，占到总质量的80％以上；粒径小于54μm和大于280μm的颗粒所占的质量分数都很少，不到3％和15％。
表1飞灰的粒径分布及累积粒径分布
飞灰中重金属形态的提取条件如表2所示，浸提液中重金属含量用ICP-AES测定，每个样品平行测定两次，同时做空白实验。
表2重金属形态连续提取条件
称取5.0000±0.0005g飞灰样品置于150ml锥形瓶中，分别加入l％和5％的HNO3(V／V)50ml，室温振荡8h，静置离心，取上清液用ICP-AES测定重金属的含量，计算其浸出率。
2重金属在不同粒径上的形态分布及其对总量的贡献率
飞灰中重金属形态在不同粒径上的分布及其对总量的贡献率如图l所示。由图l可见：Cd和Pb的形态分布很规则，随粒径的增大，其碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态的比例降低，残渣态的比例增加；Zn的碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态在较小的粒径上所占的比例较高，而在较大的粒径上，主要以残渣态存在；Cu的形态分布除在280～900μm的粒径上外，在其它粒径上的分布较规则，随粒径的增大，碳酸盐结合态和硫化物及有机结合态所占比例减少，残渣态和铁锰氧化物结合态所占比例增加；Mn的碳酸盐结合态及铁锰氧化物结合态在较小的颗粒上随粒径的增大而减少，而在较大的颗粒上随粒径的增大而增加，残渣态在各粒径上的分布与之相反，硫化物及有机结合态在各粒径上所占的比例都很低；亲石性重金属Ni和Cr在各粒径上的分布均以残渣态为主，其它形态所占的比例很低。
图1重金属形态在不同粒径上的分布及其对总量的贡献率
由重金属形态对总量的贡献率可见：重金属在不同粒径上的分布主要以残渣态为主，可达60％以上(cu除外)，特别是Cr和Pb，残渣态的比例可达95％，可交换离子态所占的比例很少，可以忽
略不计。其它三种形态在重金属中有不同的分布，其中，Zn的碳酸盐结合态占17％以上，铁锰氧化物结合态占8.7％；Cd的碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态所占的比例相当，约5％左右；Cu在三种形态中的分布与Cd类似，分别占28％左右；Mn的碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态分别占11％和14％，硫化物及有机结合态所占的比例很少，还不到5％。由此可见，城市垃圾焚烧飞灰中的重金属主要以残渣态存在，可交换离子态的含量很少，Cd，Pb和Zn等的碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态在细颗粒上的含量较高，残渣态在大颗粒上含量较高，这主要是由于这几种重金属及其化合物的沸点较低，焚烧过程中易挥发，细颗粒主要是均相冷凝形成的，故碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态的含量较高；而较大的颗粒主要是异相凝聚形成的，并且其中含有未燃尽的矿物颗粒，故残渣态所占的比例较高。亲石性重金属Cr和Ni较难挥发，但由于焚烧炉中剧烈的湍流，使部分重金属包裹于悬浮颗粒中被烟气挟带而进人烟气净化系统后被捕集下来，从形态分布上看主要是以残渣态存在。
3不同粒径上重金属的含量分析
各重金属在不同粒径上的分布如图2所示。由图2可见：Cd在较大的粒径上分布较高，占到近60％，主要是残渣态比例较高，在较小的粒径上分布较低，碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态的含量相对较高；Pb的分布主要集中在大于174μm的颗粒上，占到80％以上，主要以残渣态存在，在较小的粒径上含量较低，碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态及硫化物和有机结合态的含量有所增加；Zn的分布与Pb类似；Cu的分布在174～900μm的颗粒上含量较高，在粒径小于174μm和大于900μm的粒径上含量较低，由其形态分布可以看出，在174～280μm的颗粒上主要以残渣态存在，在280-900μm的颗粒上残渣态的含量很低，碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态的含量占有很大比例；Mn的分布在280～900μm的粒径上含量较高，主要表现在残渣态的含量比较高，在其它粒径上的分布相当，碳酸盐结合态及铁锰氧化物结合态的含量有所增加；Ni和Cr在不同粒径上分布比较均匀，与粒径的相关性不大，从其形态分布来看，主要以残渣态存在。
由此可见，Cd，Pb和Zn在较大的粒径上分布较高，从其形态分布来看，主要以残渣态存在；在较小的颗粒上其它形态所占的比例有所增加，特别是碳酸盐结合态的含量相对较高；亲石性重金属Ni和Cr的分布与粒径的相关性不大，在各粒径上的分布较均匀，就其形态分布来看，主要以残渣态存在，其它形态所占的比例很少。
4飞灰中重金属的酸浸出
HNO对飞灰中各重金属的浸出性如图3所示。
由图3可见，实验浓度下，HNO3对各重金属的浸出率均较低，不到5％。由其形态分布可以看出：Ni，Mn，Cu和Zn这四种重金属，其碳酸盐结合态所占的比例分别为5.6％，11％，22％和24％，5％HNO3的浸出率相应为2.3％，4.2％，3.8％和4.0％，与其相应的碳酸盐结合态含量呈正相关；而Cd，Cr和Pb残渣态的含量较高，分别占85％，94％和95％，5％HNO的浸出率均在1.5％以下。由此可见，飞灰中以碳酸盐结合态存在的重金属对酸不稳定，易被HNO3溶解，释放出重金属，产生二次污染；而残渣态部分对酸较稳定，不易被HNO3溶解，浸出率较低，但在处理时仍需慎重。
综上所述，城市垃圾焚烧飞灰中的重金属主要以残渣态存在，可交换离子态的含量很少；Cd，Pb和Zn在较大的粒径上分布较高；Cr和Ni的分布与粒径的相关性不大，在各粒径上的分布较均匀；飞灰中以碳酸盐结合态存在的重金属对酸不稳定，易被浸出，而残渣态部分对酸较稳定，不易被浸出。
参考文献略
