论文部分内容阅读
摘 要：该文介绍了焚烧法在处理固体废弃物时的优势与劣势，对造成其劣势的铬释放进行了详细分析，讨论了不同因素对铬释放的影响与相应的控制策略，并介绍了目前常用的铬脱除技术能效，希望有助于重金属污染的抑制。
关键词：固体废弃物 焚烧 铬释放 铬脱除
中图分类号：X70 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（b）-0109-01
焚烧法仍是我国处理固体废弃物的常用方式之一，但由于这种方法缺乏对重金属铬的专门处理方案，产生的毒性污染比较高，所以近些年来越发受到人们的质疑。因此，有必要探讨焚烧固体废弃物时铬的释放机理以控制其释放量，并采取适当的脱除措施抑制高毒性铬物质的析出。
1 固体废弃物的焚烧概述
1.1 使用焚烧法处理固体废弃物的优势
在固体废弃物的处理方法中，焚烧法是相当传统的一种，其有效性长期以来是有目共睹的。焚烧法的具体优势包括以下几种：其一，能令固体废弃物大幅减量，通过焚烧处理的固体废弃物，质量和体积往往能减少90%以上；其二，能做到一定程度的无害化，不像填埋处理一样会对土壤和水流造成污染；其三，部分固体废弃物在焚烧后的残渣具有一定的资源价值，此外，焚烧过程中产生的大量热能也能作为能源使用。但是，近年来的固体废弃物成分愈发复杂，焚烧中的各种污染物显著增加，大幅削弱了焚烧处理无污染这一优势。
1.2 使用焚烧法处理固体废弃物的缺陷
目前，以焚烧法处理固体废弃物已经属于一种较为落后的处理方式，其主要的缺陷包括如下两点：第一点是在焚烧时无可避免地会产生大量的烟尘和二氧化碳，前者会造成大气污染，虽然现代焚烧大多使用烟尘净化装置予以控制，但由于烟尘原始浓度高，所以效果有限，后者则会加剧温室效应。第二点是随着固体废弃物的成分愈发复杂化，焚烧所生成的二次污染物越来越多，尤其是诸多重金属元素，在焚烧的作用下会生成大量的有毒物质。以本文所讨论的铬元素为例，在焚烧作用下，原本的正三价铬会转化为氧化物形态的正六价铬混杂在残渣里，但也有一定量的正六价铬不会转化为氧化物直接进入烟气，这种正六价铬的毒性是正三价铬的百倍到千倍。因此，必须对正六价铬的释放加以控制，并采取适当的脱除措施。
2 固体废弃物在焚烧时的铬释放
2.1 温度对铬释放产生的影响
铬作为一种重金属，具有沸点高、蒸发压力低的特点，挥发性较弱，所以推测温度会改变蒸发压力，进而对其释放产生影响。前人已经针对这点进行了具体的试验验证，根据试验结果，温度升高的确会造成总铬与正六价铬的释放率提高，而且对总铬的影响比对正六价铬的影响更大。举例来说，当温度从800℃提升到1400℃时，正六价原本5.7%的释放率会增加到13.1%，总铬的释放率更会从8.3%增加到19.6%。因为固体废弃物的焚烧一定会在高温条件下进行，所以控制温度是控制铬释放的一种有效手段，在焚烧时避免使用过高的温度可以降低总铬与正六价铬的释放率。
2.2 时间对铬释放产生的影响
固体废弃物的焚烧停留时间对铬的释放也有一定的影响，通过试验研究可知，这种影响主要是在正六价铬的释放上体现出来。在焚烧的前30min，总铬与正六价铬的释放率都会缓慢增长，但在停留时间超过30min之后，只有正六价铬的释放率会继续增长，总铬中的正三价铬会逐渐转化成正六价铬，铬的总释放率不再变化。根据这种时间影响规律可知，通过停留时间控制铬的释放较为困难，而且由于缩短停留时间与降低焚烧温度存在一定的矛盾，所以通常不会运用时间要素控制铬的释放。
2.3 气氛对铬释放产生的影响
固体废弃物在焚烧时的气氛主要由氧气和氮气组成，所以其气氛的变化就是氧气和氮气的比例变化。根据相关试验，在其他条件相同的情况下，当固体废弃物完全在氮气气氛中燃烧时，总铬的释放率为13.3%，正六价铬的释放率为8.8；当固体废弃物完全在氧气气氛中燃烧时，总铬的释放率增加到16.5%，相反，正六价铬的释放率降低到了1.7%。这与氧气对正三价铬转化为正六价铬这一反应的促进作用有关，氧气比例的增加令正六价铬大量以氧化物的形态进入残渣，正六价铬的释放率自然也就下降了。因此，出于同时控制铬释放率和正六价铬含量的考虑，通常加大焚烧气氛中氮气的比例，使焚烧在还原氛围中进行。
2.4 氯对铬释放产生的影响
氯对铬释放产生的影响来源于两方面，一方面是氯的存在形式，另一方面是氯的含量。从存在形式来看，如果氯以PVC的形式存在于固体废弃物中，则会对铬的释放起到更大的促进作用，如果氯以氯化钠的形式存在于固体废弃物中，对铬释放起到的促进作用相对较小。从含量来看，氯对总铬和正六價铬的影响有所不同，具体来说，氯含量对总铬的影响以0.1%为分界点，当含量在0.1%以下时，释放率和氯含量成正比，当含量在0.1%以上时，氯含量的变化不会影响释放率；氯含量对正六价铬的影响以0.5%为分界点，当含量在0.5%以下时，释放率和氯含量成正比，当含量在0.5%以上时，释放率会随氯含量的增高而轻微下降。
3 固体废弃物在焚烧时的铬脱除
目前，通常将二氧化硅和吸附剂混合以脱除焚烧烟气里的铬元素，常用的吸附剂包括氧化铝、氧化钙、沸石和膨润土。不同吸附剂对总铬和正六价铬的脱除效果有所不同，具体来说，在脱除总铬时，以膨润土的效果最好，其次是沸石，然后才是氧化钙和氧化铝，但在脱除正六价铬时，效果最好的是氧化钙，其次才是沸石、膨润土，效果最差的依然是氧化铝。
会对铬释放产生较大影响的四项要素对铬脱除的影响相对较小，举例来说，温度变化对吸附剂吸附总铬的能效几乎完全没有影响。但需要注意的是，由于部分吸附剂对正六价铬的吸附反应要达到一定温度才能发生，所以这类吸附剂的吸附效果受温度影响较为明显，例如需要1000℃才能对正六价铬产生高吸附效果的氧化钙。
4 结语
我国虽然在尝试普及新式的固体废弃物处理技术，但进展比较缓慢，在未来相当长的一段时间内，焚烧法仍会是我国处理固体废弃物的主要方法之一。因此，普及和发展铬的释放控制与脱除技术具有非常现实的意义，有进一步研究和发展的价值。
参考文献
[1] 张衍国，李清海，康建斌.清洁焚烧发电技术[M].北京：中国水利水电出版社，2004.
[2] 谭中欣.典型危险废弃物焚烧过程中无机污染物HCL和重金属的生成特性及其控制的机理研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[3] 蒋与刚，刘静，庞伟.铬的安全性与毒理学研究进展[J].国外医学：地理分册，2006（3）：97-99.
[4] Hu HY，Luo GQ.Fate of chromium during thermal treatment of municipal solid waste incineration（MSWI）fly ash[J].Proceedings of the Combustion Institute，2013（2）.
[5] 王昕晔，黄亚继，仲兆平，等.炉内添加剂对垃圾焚烧过程中重金属捕集影响的试验研究[J].中国电机工程学报，2012（32）：4，5-21.
关键词：固体废弃物 焚烧 铬释放 铬脱除
中图分类号：X70 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（b）-0109-01
焚烧法仍是我国处理固体废弃物的常用方式之一，但由于这种方法缺乏对重金属铬的专门处理方案，产生的毒性污染比较高，所以近些年来越发受到人们的质疑。因此，有必要探讨焚烧固体废弃物时铬的释放机理以控制其释放量，并采取适当的脱除措施抑制高毒性铬物质的析出。
1 固体废弃物的焚烧概述
1.1 使用焚烧法处理固体废弃物的优势
在固体废弃物的处理方法中，焚烧法是相当传统的一种，其有效性长期以来是有目共睹的。焚烧法的具体优势包括以下几种：其一，能令固体废弃物大幅减量，通过焚烧处理的固体废弃物，质量和体积往往能减少90%以上；其二，能做到一定程度的无害化，不像填埋处理一样会对土壤和水流造成污染；其三，部分固体废弃物在焚烧后的残渣具有一定的资源价值，此外，焚烧过程中产生的大量热能也能作为能源使用。但是，近年来的固体废弃物成分愈发复杂，焚烧中的各种污染物显著增加，大幅削弱了焚烧处理无污染这一优势。
1.2 使用焚烧法处理固体废弃物的缺陷
目前，以焚烧法处理固体废弃物已经属于一种较为落后的处理方式，其主要的缺陷包括如下两点：第一点是在焚烧时无可避免地会产生大量的烟尘和二氧化碳，前者会造成大气污染，虽然现代焚烧大多使用烟尘净化装置予以控制，但由于烟尘原始浓度高，所以效果有限，后者则会加剧温室效应。第二点是随着固体废弃物的成分愈发复杂化，焚烧所生成的二次污染物越来越多，尤其是诸多重金属元素，在焚烧的作用下会生成大量的有毒物质。以本文所讨论的铬元素为例，在焚烧作用下，原本的正三价铬会转化为氧化物形态的正六价铬混杂在残渣里，但也有一定量的正六价铬不会转化为氧化物直接进入烟气，这种正六价铬的毒性是正三价铬的百倍到千倍。因此，必须对正六价铬的释放加以控制，并采取适当的脱除措施。
2 固体废弃物在焚烧时的铬释放
2.1 温度对铬释放产生的影响
铬作为一种重金属，具有沸点高、蒸发压力低的特点，挥发性较弱，所以推测温度会改变蒸发压力，进而对其释放产生影响。前人已经针对这点进行了具体的试验验证，根据试验结果，温度升高的确会造成总铬与正六价铬的释放率提高，而且对总铬的影响比对正六价铬的影响更大。举例来说，当温度从800℃提升到1400℃时，正六价原本5.7%的释放率会增加到13.1%，总铬的释放率更会从8.3%增加到19.6%。因为固体废弃物的焚烧一定会在高温条件下进行，所以控制温度是控制铬释放的一种有效手段，在焚烧时避免使用过高的温度可以降低总铬与正六价铬的释放率。
2.2 时间对铬释放产生的影响
固体废弃物的焚烧停留时间对铬的释放也有一定的影响，通过试验研究可知，这种影响主要是在正六价铬的释放上体现出来。在焚烧的前30min，总铬与正六价铬的释放率都会缓慢增长，但在停留时间超过30min之后，只有正六价铬的释放率会继续增长，总铬中的正三价铬会逐渐转化成正六价铬，铬的总释放率不再变化。根据这种时间影响规律可知，通过停留时间控制铬的释放较为困难，而且由于缩短停留时间与降低焚烧温度存在一定的矛盾，所以通常不会运用时间要素控制铬的释放。
2.3 气氛对铬释放产生的影响
固体废弃物在焚烧时的气氛主要由氧气和氮气组成，所以其气氛的变化就是氧气和氮气的比例变化。根据相关试验，在其他条件相同的情况下，当固体废弃物完全在氮气气氛中燃烧时，总铬的释放率为13.3%，正六价铬的释放率为8.8；当固体废弃物完全在氧气气氛中燃烧时，总铬的释放率增加到16.5%，相反，正六价铬的释放率降低到了1.7%。这与氧气对正三价铬转化为正六价铬这一反应的促进作用有关，氧气比例的增加令正六价铬大量以氧化物的形态进入残渣，正六价铬的释放率自然也就下降了。因此，出于同时控制铬释放率和正六价铬含量的考虑，通常加大焚烧气氛中氮气的比例，使焚烧在还原氛围中进行。
2.4 氯对铬释放产生的影响
氯对铬释放产生的影响来源于两方面，一方面是氯的存在形式，另一方面是氯的含量。从存在形式来看，如果氯以PVC的形式存在于固体废弃物中，则会对铬的释放起到更大的促进作用，如果氯以氯化钠的形式存在于固体废弃物中，对铬释放起到的促进作用相对较小。从含量来看，氯对总铬和正六價铬的影响有所不同，具体来说，氯含量对总铬的影响以0.1%为分界点，当含量在0.1%以下时，释放率和氯含量成正比，当含量在0.1%以上时，氯含量的变化不会影响释放率；氯含量对正六价铬的影响以0.5%为分界点，当含量在0.5%以下时，释放率和氯含量成正比，当含量在0.5%以上时，释放率会随氯含量的增高而轻微下降。
3 固体废弃物在焚烧时的铬脱除
目前，通常将二氧化硅和吸附剂混合以脱除焚烧烟气里的铬元素，常用的吸附剂包括氧化铝、氧化钙、沸石和膨润土。不同吸附剂对总铬和正六价铬的脱除效果有所不同，具体来说，在脱除总铬时，以膨润土的效果最好，其次是沸石，然后才是氧化钙和氧化铝，但在脱除正六价铬时，效果最好的是氧化钙，其次才是沸石、膨润土，效果最差的依然是氧化铝。
会对铬释放产生较大影响的四项要素对铬脱除的影响相对较小，举例来说，温度变化对吸附剂吸附总铬的能效几乎完全没有影响。但需要注意的是，由于部分吸附剂对正六价铬的吸附反应要达到一定温度才能发生，所以这类吸附剂的吸附效果受温度影响较为明显，例如需要1000℃才能对正六价铬产生高吸附效果的氧化钙。
4 结语
我国虽然在尝试普及新式的固体废弃物处理技术，但进展比较缓慢，在未来相当长的一段时间内，焚烧法仍会是我国处理固体废弃物的主要方法之一。因此，普及和发展铬的释放控制与脱除技术具有非常现实的意义，有进一步研究和发展的价值。
参考文献
[1] 张衍国，李清海，康建斌.清洁焚烧发电技术[M].北京：中国水利水电出版社，2004.
[2] 谭中欣.典型危险废弃物焚烧过程中无机污染物HCL和重金属的生成特性及其控制的机理研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[3] 蒋与刚，刘静，庞伟.铬的安全性与毒理学研究进展[J].国外医学：地理分册，2006（3）：97-99.
[4] Hu HY，Luo GQ.Fate of chromium during thermal treatment of municipal solid waste incineration（MSWI）fly ash[J].Proceedings of the Combustion Institute，2013（2）.
[5] 王昕晔，黄亚继，仲兆平，等.炉内添加剂对垃圾焚烧过程中重金属捕集影响的试验研究[J].中国电机工程学报，2012（32）：4，5-21.