浏览次
城市生活垃圾是一种成分复杂的混合废物，其中含有数量可观的重金属。采用焚烧法处理城市生活垃圾时，大量重金属因为高温而挥发进入烟气，并最终富集于飞灰中。近年来，随着垃圾焚烧处理在我国大中型城市的全面采用，垃圾焚烧可能造成的包括重金属在内的二次污染问题正日渐成为学术界和公众关注的热点问题。研究重金属在飞灰中的存在方式及其理化性质，对于选取合理的稳定化处理工艺具有重要意义。而目前国内在该领域内的研究较少，因此，本文对国内某焚烧炉的垃圾焚烧飞灰进行了较全面的理化性质研究，初步探讨了影响飞灰中重金属在填埋过程中迁移性质的因素。
1材料与方法
1.1样品采集
样品于2003年3月采自华东某生活垃圾焚烧厂。该厂拥有设计规模350t/d的炉排炉3台，处理量1000t/d。采用半干法尾气净化工艺，布袋除尘。在焚烧炉正常工况稳定运行时，分别采集了飞灰、烟道灰和底灰样品。
1.2飞灰、烟道灰和底灰的成分分析
样品在105℃烘干1h后，用XRF1700型X射线荧光光谱仪（XRF，X-ray fluorescence)测定主要成分。
采用改进的ASTMD6357-00a方法消解样品。采用PEElan6000型等离子体质谱仪（ICP-MS，Inductively Coupled Plasma Mass Spectrograph)测定Ag、As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mg、Mn、Ni、PS、Sn、Zn等元素的含量。
1.3重金属在不同粒径飞灰中的含量
采用Retchcontrol-g-200型自动筛分机，将飞灰筛分为7级：＜20μm，20～38μm，38～50μm，50～125μm，125～250μm，250～500μm，＞500μm。各粒径级飞灰分别采用改进的ASTMD6357-00a方法消解，并用ICP-MS测定重金属元素的含量。
1.4飞灰中重金属元素的化学相态
采用Tan改进的Tessier方法[5]对飞灰中的重金属进行连续提取。称取5g(干基）飞灰，按表1列出的条件提取，提取液采用ICP-MS分析重金属元素的浓度。
表1连续提取条件
1.5重金属在不同酸度下的溶出
为了模拟重金属在不同酸度条件下的溶出情况，在ZD-F4A型自动滴定仪上进行酸度滴定。用1mol/LHNO3将初始液固比（L/S)为40的飞灰分别滴定至pH8.3和pH4.5，持续滴入硝酸保持pH值12h，同时用去离子水做空白试验（稳定pH为12.5）。上清液用0.45μm滤膜过滤，并用ICP-MS测定其中的元素含量。
图1飞灰、烟道灰和底灰中重金属元素的分布
2结果与讨论
2.1飞灰、烟道灰和底灰的成分
表2所示的XRF结果表明，构成飞灰、烟道灰和底灰的主要成分均为Si、Ca、Al等元素。但由于挥发性的不同，重金属元素在飞灰、烟道灰和底灰中的含量分布差异较大。如图1所示，Cd、Pb、Sn等金属由于挥发性较强，在飞灰中含量相对较高；多数重金属元素在飞灰中的比例达到50％左右。因而，飞灰应作为重金属污染控制的重点。
表2飞灰烟道灰和底灰中主要元素含量
表3比较了飞灰和文献报道的其他环境样品中重金属的含量。从表3可以看出，各种元素的含量均远高于我国典型土壤的背景值，亦高于粉煤灰中重金属的含量。与日本的垃圾焚烧飞灰相比，重金属元素含量基本相当，个别元素甚至更高。其中，高含量的Zn和Mn可能主要来自于锌锰碱性电池，Pb可能主要来自于废塑料。因实验方法所限，重金属汞未检出。
表3飞灰与其他环境样品中重金属的含量比较／mg•kg-1
2.2重金属在不同粒径飞灰中的含量
如图2所示，飞灰粒径近似成正态分布，中位径约33μm。飞灰中重金属按粒径的分布情况如图3所示，重金属元素普遍表现出向小粒径富集的倾向，这与国外的研究结果吻合较好［7］。
2.3飞灰中重金属元素的化学相态
用连续提取法研究飞灰中重金属元素的化学相态，图4是连续提取的结果。通常，水溶及可交换态和碳酸盐结合态的重金属在环境中较容易溶出，图4所示各种重金属相态的比例显示，Cd、Pb、Mg、Cu等重金属上述2种相态的比例很高。这表明它们在环境中的稳定性很差，容易溶出。其中，由于Pb的总量很高，潜在的溶出量也最高。另外，Cr、Co、Mn、As、Ni和Zn等也较易溶出，其中Zn的潜在溶出量较高。Ag和Sn主要以残渣态形式存在，不易在环境中迁移。
图3重金属在不同粒径垃圾焚烧飞灰中的分布
图4垃圾焚烧飞灰中重金属的化学相态
2.4不同酸度下飞灰中重金属的溶出能力
不同酸度下重金属的溶出实验结果如图5所示。实验结果在一定程度上与连续提取的结果相吻合。水溶及可交换态和碳酸盐结合态比例较高的Cd、Pb、Mg、Cu元素，在酸性条件下溶出量亦较高。Cd最多溶出约82％，Pb最多溶出约30％，Mg最多溶出约85％，Cu最多溶出约20％。主要以残渣态存在的Ag和Sn溶出很少。
重金属的溶出能力随着pH值的变化而变化。pH8.3时，多数金属溶出能力较差，而倾向于在碱性条件溶出的Cr和As此时表现出较强的溶出能力，分别有5.45％和12.59％溶出到浸出液中。Sn无论在酸性还是碱性条件下活动性都比较差。其他元素在酸性条件下表现出最强的溶出能力，尤其是与环境关系大的重金属元素Cd、Co、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn等，这可以从图6所示的主成分分析中清楚地看到。Mg的溶出能力显著地依赖于酸度，随着pH的降低，溶出能力逐渐增强。
图5不同酸性环境中重金属的溶出能力
图6不同酸性环境中重金属溶出能力的主成分分析
3小结
(1)垃圾焚烧飞灰中含有数量可观的重金属元素，其含量远高于我国典型土壤的背景值，亦高于粉煤灰中重金属的含量，且表现出向小粒径富集的倾向。
(2)连续提取实验表明，Cd、Pb、Mg、Cu等元素主要以水溶及可交换态和碳酸盐结合态存在，在环境中容易溶出。不同酸度条件下重金属的溶出实验证明了这一点。
（3)重金属元素的溶出能力与pH值密切相关，与环境关系较大的Cd、Co、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn等元素在酸性条件下表现出最强的溶出能力。
参考文献：略
