论文部分内容阅读
城市垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧过程中产生的一种高污染性危险废物,约为垃圾焚烧量的3%15%。飞灰中含有高浓度的可溶性盐、重金属及高毒性当量的持久性有机污染物,填埋或资源化利用前需经过预处置。因此,飞灰中污染物的安全、高效处置成为学术界及社会高度关注的热点之一。本文收集了北京市某厂全年的垃圾焚烧飞灰,分析其物化特性及重金属污染特性;基于化工过程强化理论和电化学理论,深入分析影响电场强化飞灰中重金属去除的工艺参数,探讨了不同辅助试剂对电场强化飞灰中重金属去除过程中的影响,主要结论如下:1.飞灰主要含有Ca、Cl、Si、S、Na和K等元素,主要以KCl、NaCl、CaSO4、CaClOH、CaCO3、SiO2和Ca（OH）2等形式存在。飞灰主要以球状、多角质状等形状存在,基本上没有完整的结晶体。飞灰中重金属全年平均含量排名前三位为Zn、Pb和Ba,分别为3488.55 mg/kg、760.15 mg/kg和616.09 mg/kg。飞灰中Zn、Pb、Ba、Cu和As夏季与秋季的平均含量高于春冬两季,呈季节性变化规律。同时,飞灰中Pb的毒性浸出浓度超过标准（GB5085.3-2007）规定的阈值。生物有效性研究表示,飞灰中Pb的生物有效性浓度最高,全年平均为49.32 mg/kg;其次为Ba,为30.49 mg/kg;第三为Zn,全年平均值为24.92 mg/kg;Cd的平均浓度为11.66 mg/kg。飞灰中金属在酸性环境中（pH=2）的浸出风险较大,Zn为12.84 mg/L、Pb为5.49 mg/L、Ba为2.25 mg/L、Cu为0.34 mg/L、Cr为0.17 mg/L。Cd和Zn具有较高的浸出风险,其弱酸提取态分别达到30.47%和28.97%;Pb和Cu较为稳定,可还原态与可氧化态之和均超过65%,但在还原或氧化环境中仍有浸出风险;Cr、Ni和As稳定,残渣态分别为77.52%、58.24%和30.99%。2.电场强化飞灰中重金属去除实验表明:当电流强度为35 mA/cm2、极性交换频率为40 Hz、EDTA浓度为0.5 mol/L、pH=2时反应4 h,Cd和Ni基本完全去除,Pb、Cu、Zn和As的去除率分别为97.78%、94.26%、80.19%、74.69%。外加电场并周期性交换电极极性,不仅能改变飞灰的表面电荷分布,加速溶液中电子转移,还能缓解电极极板的钝化现象,提高重金属去除率。与不外加电场相比,在特定条件下Ni、As、Pb和Cd的去除率分别提高了23.37%、31.27%、10.91%和2.57%。3.辅助剂对电场强化飞灰中重金属去除影响研究表明:当柠檬酸作为辅助剂时,Pb、Cd和Ni的去除率达到90%以上,Cu、Zn和As的去除率分别达到72.68%、83.12%和71.86%;辅助剂为柠檬酸铵时,Pb、Cu、Zn、Cd、Ni和As的去除率分别为69.07%、88.18%、77.94%、91.51%、86.43%和69.57%。辅助剂物料耗费成本由大至小分别为:EDTA>柠檬酸铵>柠檬酸,综合经济性及重金属去除效果,柠檬酸作为辅助剂具有较好表现。