浏览次
由于城市生活垃圾的逐年增加、垃圾填埋场所的限制、垃圾焚烧处理所独有的处理速度快、占地少、可以进行能源回收等优点，垃圾焚烧在国内得到迅速的发展。然而随之也会带来一定的二次污染，如垃圾焚烧飞灰中富集了较高浓度的重金属等污染物，若处理不当，在自然环境下，由于酸雨及其它一些因素的影响，垃圾焚烧飞灰中的重金属会渗滤出来，重新进入环境，污染地下水源，从而对人类造成危害。
国外一些学者针对垃圾焚烧飞灰中重金属的渗滤特性进行了研究，如JoriS.J等研究了渗滤液pH对重金属渗滤特性的影响时指出，随着pH的减小，重金属的渗滤增加；X.D.Li等研究了在酸性条件下重金属的渗滤随液固比的增加而增加。这些研究主要以酸性环境为主讨论了重金属的渗滤特性，然而有关重金属在碱性环境下渗滤情况的研究则很少，而国内有关这方面的研究还未见报道。
本文在酸、碱2种环境下，研究了飞灰中重金属的渗滤情况，并对2种不同的渗滤液环境下重金属的渗滤进行了对比分析，为垃圾焚烧飞灰的无害化处理、减小对环境造成的危害，提供了必要的理论基础。
1样品的来源
试验中所采用的飞灰取自上海垃圾焚烧厂炉排式焚烧炉，该炉日处理垃圾350t，焚烧温度850～900℃，烟气除尘方式采用半干法＋布袋除尘。
2样品处理及分析测试方法
飞灰样品在分析之前首先要均匀化处理，然后在100℃以下干燥，达到恒重。
飞灰中主要组成利用Finder1000型能谱分析仪进行分析，飞灰中重金属含量分析参照USEPA3050采用HNO3-HF-HClO4法进行消解处理，然后利用原子吸收光谱仪进行测试，飞灰的主要组成及重金属含量见表1。
表1飞灰的主要组成
飞灰的渗滤实验参照固体废物浸出毒性标准（GB5086.2-1997)，采用不同的渗滤液（浸取剂），振荡8h，静置16h，用孔径为0.45μm的滤膜过滤，滤液酸化至pH＜2，待测其中重金属含量。
3结果及分析
3.1飞灰的主要组成及重金属含量
由表1可以看出，飞灰中Ca含量很高，这是由于为减少烟气中酸性气体的排放向烟气中喷入钙剂而造成的，且飞灰中氯的含量也较高，这与焚烧过程中垃圾的组成有极大的关系。飞灰中重金属含量分析表明重金属Zn、PS含量较高，其中Zn的含量最高，而Cd、Hg的含量最少。
3.2酸碱环境下重金属的渗滤
图1渗滤液的pH
利用2种不同的酸、碱渗滤液（浸取剂）研究飞灰中重金属在酸性及碱性环境下的渗滤特性（图1），因垃圾填埋处理时，其中所含有机物分解时往往生成醋酸。另外，国外在处理垃圾焚烧飞灰时，为抑制重金属的渗滤而将飞灰填埋在碱矿内。实验中为模拟这些情况下重金属的渗滤，分别选用浓度均为0.1mol／L的NaOH和醋酸溶液作为浸取剂，液固比为20:1，振荡8h，静置16h，过滤后测试滤液中重金属的渗滤情况，表2示出了渗滤液的终pH及重金属的渗滤情况。
表2不同渗滤条件下重金属的渗滤特性／mg•L-1 
由渗滤结果可以看出，以NaOH、醋酸为浸取剂时终pH分别为13.42、9.19，飞灰中重金属在这2种浸取剂中的渗滤情况是不同的，当pH＞12时，Pb、Zn的渗滤增加，高于在弱碱性环境下的渗滤，说明在强碱性环境下，Pb、Zn的渗出量增加，Zhao，Youcai等也有类似的发现。Ni、Cr、Hg在碱性条件下虽然也有渗滤，但小于在醋酸中的渗滤，而Cd与Cu在NaOH浸取剂中几乎没有渗滤。
3.3浸取剂浓度对重金属渗滤的影响
试验研究了醋酸及NaOH浸取剂浓度变化时对重金属渗滤特性的影响，浓度分别为0.05mol/L、0.1mol/L、1mol/L、2mol/L，结果见表3。
表3不同浸取剂浓度下重金属的渗滤特性／mg•L-1
由渗滤结果可更进一步看出，Cd、Cu在碱性环境下几乎没有渗滤，而Pb、Zn、Cr、Ni、Hg在强碱性环境下（pH＞12）均存在渗滤现象，随着NaOH浓度的增加Pb、Zn渗滤增加得很明显，而Ni、Cr、Hg只是略呈增加的趋势，从这一点上看Pb、Zn的渗滤有相似的规律，而Ni、Cr、Hg的渗出规律有相似之处。当浸取剂为酸性时，所研究的几种重金属都有不同程度的渗滤，且随着醋酸浓度的增加（由0.05mol/L至2mol/L），7种重金属的渗出量都有较明显的增加，增加的程度远高于在碱性浸取剂下的渗滤，说明酸性环境下更利于重金属的渗滤，在酸性环境下的Pb、Zn、Cd渗滤量较大，这不仅与渗滤环境有关，还应与飞灰样品中重金属的含量及富集形态有关。以飞灰中Pb在酸碱环境下的化学反应为例进行分析：在酸性环境下（pH较低时），PbO与酸性浸取剂发生反应而溶解，即：
PbO＋2H+→Pb2+＋H2O
随着pH的增加，溶液中的Pb2+逐渐转化为不溶的氢氧化物，即：
Pb2+＋2OH-→Pb（OH）2（s）
在强碱性环境下，Pb的氢氧化物及氧化物溶解，Pb的渗滤增加，即：
Pb(OH)2（s)＋NaOH→NaPb(OH)3（1)
Pb(OH)2（s）＋2NaOH→Na2Pb(OH)4（1)
PbO＋2NaOH＋H2O→Na2Pb(OH)4（1）
且在强碱性溶液中，飞灰中的PbSO4也会溶解，生成Na2Pb(OH)2SO4：
PbSO4＋NaOH→Na2Pb(OH2）SO4
3.4液固比对重金属渗滤特性的影响
利用浓度为0.05mol/L的醋酸及0.05mol/L的NaOH溶液研究不同的液固比下，飞灰中重金属在不同的浸取剂条件及液固时渗滤特性的变化，渗滤结果见图2。
图2不同L/S下重金属的渗滤
由试验结果可以看出，以醋酸为浸取剂时，所研究的重金属的渗滤特性随液固比的变化存在相似的规律，即随L/S的增加渗出量明显增加，尤其是L/S＜60左右时，当L/S＞60以后，渗出量的增加变得缓慢，说明重金属的渗出量逐渐接近于最大值。在碱性浸取剂环境下，除Cd、Cu外，所研究的其余几个重金属都存在一定的渗滤，且随着液固比的增加，渗出量也有所增加，但增加的趋势远小于酸性浸取剂下渗出量的增加程度。当L/S＜30左右时，重金属Pb、Cu、Zn在碱性环境下的渗滤高于醋酸溶液中的渗出，这主要是因为渗滤液的终pH决定的，由图1可以看出，当L/S＜30时，以醋酸为浸取剂的渗滤液的终pH在6.6～11之间，在此pH范围内重金属的渗滤是很低的，而在以NaOH为浸取剂的渗滤液中，滤液的终pH都大于12，属于强碱性，在此环境下重金属Pb、Zn、Ni、Cr等的渗滤增加，随着L/S的增加，醋酸渗滤液的酸性增强，pH降低，重金属的渗滤也明显增加，超出了在碱性渗滤液中的渗出量。由此可以看出，当L/S较大时（L/S＞30），酸性环境下重金属的渗滤远高于碱性环境下重金属的渗滤。
4结论
本试验研究中飞灰重金属的渗滤情况说明，重金属的渗滤情况受渗滤液pH的控制，在不同的渗滤环境下，重金属的渗滤情况是不同的，在酸性环境下，所研究的重金属几乎都存在渗滤现象，而在碱性环境下，只有部分重金属存在渗滤，Cd与Cu几乎没有渗滤发生；在碱性浸取剂条件下，随着L/S的增加，重金属Pb、Zn、Ni、Cr、Hg的渗滤呈增加的趋势，在酸性浸取剂条件下，随L/S的增加，7种重金属的渗滤都呈增加的趋势，且增加量远大于重金属在碱性环境下的渗滤。
上述试验结果说明，L/S越大飞灰中重金属对环境造成的危害将会越大，为减少垃圾焚烧飞灰中重金属对环境造成的二次污染，在飞灰终处理时应避免与酸性及碱性较强的物质或溶液接触。
参考文献：略
