FCC废催化剂制备免烧砖重金属浸出规律及风险评估研究

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石油炼制工业快速发展,石油炼制废催化剂产量也随之迅猛增加,使得城市工业固体废物的处理处置形势更为严峻。流化催化裂化(Fluid Catalytic Cracking,以下简称FCC)废催化剂来源自石油炼制工业中FCC装置卸出的失活废催化剂。2016年生态环境部新修订的《国家危险废物名录》将FCC废催化剂列为危险废物,使得城市内企业对FCC废催化剂的无害化处理处置压力增大。利用FCC废催化剂的成分与建筑材料相似,且生产建材工艺操作简单、成本低廉这些特点,将FCC废催化剂生产建材这一资源化利用途径,相比传统危废填埋的处置方式,在保证环境安全的前提下,FCC废催化剂建材资源化利用具有更广泛的前景。本文以FCC废催化剂及其制备的免烧砖为研究对象,通过对FCC废催化剂基本理化特征、金属污染物的识别和浸出特性进行研究,以及对FCC废催化剂制备的免烧砖模拟路面场景中重金属的浸出特性、释放规律和机理的探讨,并进行免烧砖用于暴露场景下对地下水及人体健康存在的环境风险评估,主要得出以下结论:(1)FCC废催化剂基本呈弱酸性或中性,不存在强腐蚀性;FCC废催化剂颜色深浅与烧失率的大小没有相关关系;FCC废催化剂中芳烃类有机污染物含量较低。FCC废催化剂中主要特征金属污染物为Ni、V、Sb、Co和Zn;其主要特征污染物的含量顺序依次为:Ni>V>Sb>Zn>Co;特征污染物的浸出含量大小顺序依次为:V>Sb>Ni>Zn和Co,浓度都低于《危险废物鉴别标准浸出毒性标准》(GB5085.3-2007)限值。(2)通过对FCC废催化剂制备的免烧砖总量消解和浸出实验表明,免烧砖中主要特征金属污染物为V、Cr、Co、Ni、Sb和Ba。不同掺加比FCC废催化剂制备的免烧砖中各重金属浸出毒性浓度符合国家相关标准,而重金属Sb的浸出浓度都超出《地下水环境质量标准》GB/T 14848-2017三类标准限值。FCC废催化剂制备的免烧砖中Cr释放率最小,小于0.5%,Ba的释放率最高,为11%。(3)通过对免烧砖的水槽浸出实验表明,不同掺加比FCC废催化剂制备的免烧砖64天中Cr、Ni、Co和Ba的释放量较小,累积释放量曲线较为平缓;Sb和V的释放量最大,累积释放量曲线呈上升趋势;且V、Cr、Co、Ni、Sb和Ba都为低速率向环境中释放。整个浸出过程中,不同掺加比FCC废催化剂制备的免烧砖中V、Cr、Sb的释放机理为扩散控制作用,Co、Ni、Ba则表现为表面冲刷作用;Freundlich方程和二级动力学方程能够较好描述免烧砖中六种重金属的释放规律。(4)通过进行免烧砖中金属污染物对人体健康及地下水的环境风险评估表明,FCC废催化剂掺加量为10%、15%和20%的免烧砖中不具有致癌效应的六种金属污染物的危害商分别为5.86×10-6、1.07×10-5和1.63×10-5,远小于1;具有致癌效应的污染物Cr的致癌风险值分别为3.86×10-11、8.63×10-11和2.70×10-10,均小于10-6。不同掺加比FCC废催化剂制备的免烧砖在使用过程中对人体健康风险均在可接受的范围。而从免烧砖废弃后处置角度考虑,FCC废催化剂掺加比为20%制备的免烧砖在废弃后,其中的Sb对地下水环境质量的风险危害较大。综上所述,建议将免烧砖中FCC废催化剂掺加比调整为10%或15%以下水平。
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