零价铁去除医疗垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

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医疗垃圾焚烧飞灰中富集着大量的重金属,如何实现医疗飞灰无害化和资源化利用目的,对于重金属的污染控制具有重要意义。零价铁对医疗飞灰进行脱毒技术的应用,为危险废物的处理提供一种新的途径。本文介绍了医疗飞灰的研究背景、处理技术以及反应机理,提出利用零价铁去除医疗焚烧飞灰中重金属的方法。主要以医疗焚烧飞灰中重金属为研究对象,试验了不同影响因素,如:不同pH值,零价铁的投加量,溶液反应温度,不同反应时间以及不同粒径零价铁对重金属去除的影响,研究飞灰残渣浸出毒性,零价铁表面重金属XPS分析,探讨了零价铁对医疗飞灰重金属去除机理,最后通过医疗飞灰洗脱装置对医疗飞灰进行连续脱毒试验,并针对零价铁脱毒后医疗飞灰的毒性进行分析,以此增加飞灰资源化效率。本次探究主要得出以下结论:(1)医疗垃圾焚烧飞灰中富集着大量的重金属,如Zn、Cu、Pb、As、Cr、Ni、Cd的含量分别为38852.5、6967.2、2719.7、458.2、360.7、301.6和60.3mg/kg。远高于我国土壤背景值,表明医疗飞灰具有很强的危害性,TCLP浸出实验表明,Zn、Pb和Cu等重金属浸出浓度最大,且浓度范围超出危险废物鉴别标准,对环境具有较高潜在风险。(2)零价铁在不同pH条件下处理效果明显不同。pH值为4时,医疗飞灰中含量较高的Cu、Pb、Zn等元素在零价铁处理下效果更加明显,而在洗脱液pH值为2时,零价铁对飞灰中Cr、Cd、As的处理效果相对明显,温度的变化对飞灰重金属的去除影响较小。高温环境和相对较低的温度都不利于零价铁对医疗飞灰的处理。过量零价铁的投加对医疗飞灰重金属的去除效率贡献不大,零价铁与医疗飞灰反应时间不同,重金属去除率也不一样,当反应12h时,Cu、Zn和Cr的浸出达到最低。粒径越小,零价铁还原性越高,处理效果明显,但其稳定性降低。(3)医疗飞灰残渣毒性鉴别实验中,TCLP实验表明,医疗飞灰中Zn的浸出浓度由原样的702mg/L下降到97mg/L,Pb的浸出浓度由19.54mg/L降到了0.13mg/L,Cd的浸出由1.43mg/L降到了0.29mg/L,PBET体外模拟实验表明飞灰残渣在极端条件下进入人体内,在蛋白质等有机物作用下重金属的浸出浓度增大,而长期浸出实验MEP中医疗飞灰Cu、Pb和Zn浸出浓度有所增加,Zn的累积浸出浓度超过了危险废物毒性鉴别标准,仍然具有较高的环境风险。(4)X射线光电子谱(XPS)对零价铁混合物进行表征,由零价铁反应物XPS总图谱可知,零价铁表面出现了Zn、Cu、Cr、Cd和Pb的特征峰,表明这些重金属反应后吸附在零价铁表面。Cu2p电子结合能谱出现在932.4eV和952.2eV,两个峰分别为Cu(0)和Cu(Ⅱ),Cu(Ⅱ)的去除主要以化学还原形式发生,Cd主要以Cd(Ⅱ)形式存在,并未出现Cd(0)的特征峰。(5)不同毒性鉴别方法中重金属浸出比例不同,TCLP实验中,Pb和Zn的可交换态溶出占比例较高,PBET和MEP实验中不同价态重金属均有浸出,尤其交换态和碳酸盐结合态,说明这两种体系中溶出能力较强,而飞灰的处理需由飞灰的特性及实际环境进行综合判定。(6)工业铁屑脱毒装置对医疗飞灰进行脱毒结果表明,经过零价铁脱毒柱脱毒,医疗飞灰TCLP中Zn、Cu、Pb和Cd毒性浸出浓度进一步降低,分别为13.15、5.75、0.09和0.01mg/L,远低于危险废物浸出标准。且飞灰综合评价浸出浓度均能满足生活垃圾填埋场入场标准,说明医疗飞灰的无害化效果明显。
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