论文部分内容阅读
2003年严重急性呼吸综合征(SARS)爆发后的大量医疗废物处理处置成为影响社会稳定的重要问题,高温焚烧法是我国医疗废物的主要处理方式。然而,焚烧技术产生的副产品医疗废物焚烧飞灰(Medical waste incineration of fly ash,MWIFA)富含重金属、氯化物、碳组分以及二噁英(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans,PCDD/Fs)等毒性物质,并对人类的健康和生存环境造成严重危害。因此,亟需对医疗废物焚烧飞灰中的重金属等毒性物质进行脱毒减害处理。本文以珠三角某医疗废物处理站飞灰(医疗废物焚烧飞灰)为研究对象,在研究其物理化学性质的基础上,开展了医疗废物焚烧飞灰中重金属的稳定化、浸出与富集研究。主要研究内容及结论如下:医疗废物焚烧飞灰特性方面,主要对医疗废物焚烧飞灰的成分组成、重金属含量、浸出浓度和形态分布等特性进行分析。结果表明:医疗废物焚烧飞灰中,(1)Cl的存在量高达27.32%,这是医疗废物中大量PVC塑料焚烧后导致Cl挥发的结果;(2)Na2O、K2O含量相对较高,缘于碱金属元素易挥发;(3)重金属Cu(2198.57 mg/kg)、Pb(3174.38 mg/kg)和Zn(38306.03 mg/kg)的含量尤其高,且Cd(4.008 mg/L)、Pb(15.983 mg/L)、Zn(1205.4 mg/L)的浸出浓度分别超过《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB 16889—2008)标准限值的25.72倍、62.93倍、11.05倍,其中Cu、Cd、Pb和Zn的可交换/碳酸盐结合态组分,分别占到飞灰中重金属总含量的84.03%、97.09%、44.41%和93.81%。将KH2PO4溶液作为弱酸性性质的反应液,研究了KH2PO4剂量浓度和温度对飞灰中重金属(Cd、Pb和Zn)稳定和分离性质的影响。采用醋酸缓冲溶液萃取飞灰,考察了水热处理前后飞灰的化学稳定性,采用改进的BCR连续提取法研究了飞灰中重金属形态分布,XRD法研究了水热处理后飞灰进行了矿物学性质,SEM研究了飞灰颗粒的表面形貌,分析阐述飞灰中Cd、Pb、Zn的转移和含量分布的前后变化情况。结果表明:不管是传统水热还是微波辅助水热法,添加KH2PO4对飞灰中Cd、Pb和Zn的处理效果顺序为Pb>Zn>>Cd,且温度是降低飞灰中Cd浸出浓度的重要因素。弱酸性环境下的水热工艺促使重金属暴露于反应液中,在相同剂量浓度、液固比(L/S)的处理条件下,传统水热(1.6 mol/L KH2PO4,160℃,48 h)和微波辅助水热(1.6 mol/L KH2PO4,140℃,20 min)均可将飞灰中重金属的浸出毒性降至标准限值以下,微波辅助水热可加快重金属的溶解分离,降低/缩短水热处理飞灰的温度/时间。另外,在微波辅助水热法中,处理Cd采用碱性固化稳定,而处理Pb、Zn则采用酸性浸出分离。以盐酸作为医疗废物焚烧飞灰中重金属的浸提剂,考察了初始p H值、浸提时间、液固比等因素对浸提效果的影响,选取了最佳浸提参数。以柠檬酸改性壳聚糖(Citric acid-Chitosan,CA-CS)为吸附剂,探讨了羧基(-COOH)与氨基(-NH2)摩尔比、吸附时间、重金属初始浓度对吸附的影响,进行了脱附实验和柱吸附实验研究,为飞灰中重金属的富集回收提供可能。结果表明:盐酸浸提医疗废物焚烧飞灰中重金属的最佳浸提参数:盐酸初始p H值为2、酸浸时间为5 min、液固比为50:1,该条件下,飞灰浸出液中Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)和Zn(II)的浓度分别为23.62 mg/L、1.02 mg/L、10.97 mg/L和542.75 mg/L。CA-CS的羧基(-COOH)与氨基(-NH2)摩尔比6:1是吸附飞灰浸出液中重金属离子的最优摩尔比,拟二级动力学模型能很好拟合CA-CS对Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)和Zn(II)的吸附反应过程,且吸附平衡时间为17 h,CA-CS对Cd(II)、Pb(II)和Zn(II)的吸附等温线符合Langmuir等温线模型,Cd(II)、Pb(II)和Zn(II)的吸附为单层化学吸附。CA-CS对飞灰浸出液中重金属的吸附量大小顺序为Zn(II)>Cu(II)>Pb(II)>Cd(II),在HCl溶液、EDTA-2Na溶液和1.0 mol/L Na OH溶液三种脱附剂中,1.0 mol/L Na OH脱附效果最佳。CA-CS吸附柱可实现飞灰浸出液中Cu(II)的长期富集和Zn(II)的短期富集。