药剂稳定化法处理飞灰中重金属的研究*

余召辉，张瑞娜，毕珠洁，陈善平

（上海环境卫生工程设计院有限公司，上海　200232）

药剂稳定化法处理飞灰中重金属的研究*

余召辉，张瑞娜，毕珠洁，陈善平

（上海环境卫生工程设计院有限公司，上海200232）

采用自主研发的以氨基羧酸盐为主的有机复合药剂处理上海2座生活垃圾焚烧厂的飞灰，对原灰和稳定化飞灰分别进行元素化学形态测试，结果表明：复合药剂对飞灰中Pb元素的稳定化效果最好，其易浸出态比例从29.60%、27.49%下降到3.05%、0.29%，稳定化飞灰的浸出毒性达到GB 16889—2008限值要求，可以进入生活垃圾卫生填埋场单独填埋。

生活垃圾；飞灰；重金属；药剂；稳定化

飞灰颗粒的比表面积大，达4.08 m2/g，在烟气净化过程中易吸附重金属元素；飞灰中的铅等重金属容易浸出，对环境造成危害，因此飞灰被认为是危险废物［1］，在《国家危险废物名录》中的类别是HW18（焚烧处置残渣），危险特性是T（Toxicity）。GB16889—2008生活垃圾填埋场污染控制标准规定生活垃圾焚烧飞灰必须经过稳定化处理，将其中的有害成分（二恶英和重金属）降低到规定限值，才能进入填埋场进行安全填埋。

飞灰稳定化技术主要有熔融法、水泥固化法、药剂固化法等，通过物理化学反应，将飞灰颗粒及其内部的重金属元素包裹，或转变为惰性物质，降低其浸出毒性。熔融法消耗电能多，水泥固化法增容大（固化物质量增加15%～20%）且长期稳定性不好［2］，目前使用最广泛的是化学药剂稳定化法。药剂与飞灰中的重金属发生反应，将离子态或不稳定态的重金属元素转变为稳定态，降低浸出风险。

飞灰中的毒性主要由重金属元素形态决定。离子态和不稳定结合态的重金属元素容易因自然风化或雨水浸取而析出，是飞灰危害性的主要来源。Tessier等将固体颗粒中的重金属化学形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态5种，并提出了连续化学提取程序（SEP），采用强度逐步增加的浸取剂和浸取方法处理飞灰，得到相应各形态的重金属含量，模拟飞灰在不同自然条件下重金属释放到环境中的可能程度，为重金属浸出风险评价提供有效依据。

上海目前进行无害化处理的生活垃圾约20530t/d（2013年），采用焚烧方式处理的生活垃圾有8300t/d（均采用机械炉排炉），飞灰占生活垃圾焚烧总量的1%～3%，飞灰主要采用药剂稳定化后填埋处置；还有5座生活垃圾焚烧厂正在规划或建设，垃圾焚烧量和飞灰产生量将进一步增加，对飞灰填埋库容产生较大压力。采用药剂稳定化方法处理飞灰，实现飞灰快速处理，增容较小，对上海来说，是可行的技术方案。现在的研究重点在于高效、低成本螯合药剂的研发和工程应用。本课题组研发了一种以氨基羧酸盐为主的有机复合药剂，用于处理飞灰，通过测试原始飞灰和稳定化飞灰样品中不同形态的重金属含量，评价其使用效果。

1　　材料和方法

1.1飞灰采样

选取上海A、B生活垃圾焚烧厂的原始飞灰样品，取样时焚烧发电系统、烟气净化系统和飞灰稳定化系统均正常运行，采样过程注意样品的均匀性。

1.2样品处理

A厂、B厂的原始飞灰中添加5%的课题组自行研发的有机复合药剂，将飞灰、药剂、水充分搅拌3 min，稳定化后的飞灰含水率控制在26%，经过24～36 h静置养护后进行连续提取分析。

1.3连续提取方法

章骅等［3］在五步法连续提取程序（SEP）基础上增加了第1步，采用去离子水作为浸取剂，提取飞灰中的水溶态重金属，以观测强碱性的飞灰与水接触时的浸出行为。本文采用章骅的六步连续提取程序，每一步的浸出液采用王水进行消解，最后一步的固态残渣采用王水和氢氟酸配合消解，待消解液无色透明时，稀释定容待测。

1.4分析仪器和方法

待测液过0.22μ m滤膜，进入电感耦合等离子体原子发射光谱仪 （ICP-OES，Agilent 720ES）检测重金属元素含量，检测元素有：Pb、Cr、Cu。

2　　结果与讨论

2.1飞灰中重金属元素含量

飞灰样品中Pb、Cr、Cu元素的含量见表1。

图2　　生活垃圾焚烧飞灰中Cr形态分布

图3　　生活垃圾焚烧飞灰中Cu形态分布

Pb、Cr、Cu金属元素的各形态所占比例在药剂加入之后都发生了改变，说明稳定化药剂与飞灰中的金属元素发生了化学反应，改变了金属元素的化学形态，使其在不同强度的提取液中，浸出量发生变化。药剂与飞灰反应前后的部分金属元素易浸出态比例见表2。

表1　　飞灰样品中重金属元素含量

表2　飞灰样品中金属元素的易浸出比例　%

2.2稳定化处理前后重金属元素的形态分析

飞灰与稳定化药剂反应前后，元素Pb、Cr、Cu的形态分析结果见图1～3。

图1　　生活垃圾焚烧飞灰中Pb形态分布

金属元素的水溶态、可交换态和碳酸盐结合态属于比较容易浸出的元素形态，将其合并称为易浸出态。在自然降雨（酸雨）的影响下，飞灰中易浸出态重金属元素极易从颗粒物中析出，进入土壤或地下水，对环境造成巨大危害。铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态属于稳定化的元素形态在强酸、强氧化性环境中也不容易浸出。稳定化药剂与飞灰中的金属元素反应，使元素的易浸出态转变为稳定化态，实现飞灰的稳定化处理。因此，飞灰重金属中易浸出态所占的比例是衡量药剂稳定化效果的重要指标。从图1和表2中数据可知，采用自主研发的有机复合药剂处理飞灰后，飞灰中Pb元素的易浸出态比例从29.60%、27.49%下降到3.05%、0.29%，说明该药剂对Pb元素的稳定化效果明显。A、B焚烧厂原灰中易浸出态的Cr、Cu含量本身较低，与药剂反应前后的变化不显著。

2.3药剂实际应用效果

采用自主研发的有机复合药剂处理B厂的原始飞灰，药剂添加量为5%，稳定化后飞灰含水率控制在26%，反应24 h后，按照GB 5086.1—1997固体废物浸出毒性浸出方法翻转法的程序进行飞灰毒性浸出试验，各种重金属元素含量见表3，浸出毒性结果完全达到了GB 16889—2008的规定，可以进入生活垃圾卫生填埋场单独填埋。

表3　采用有机复合药剂处理飞灰后的样品浸出毒性　mg/L

3　　结论与建议

药剂稳定化法处理飞灰，可以有效降低飞灰中的易浸出态重金属元素的含量。自主研发的有机复合药剂处理效果好，与2座焚烧厂的飞灰反应之后，飞灰中Pb元素的易浸出态比例从29.60%、27.49%下降到3.05%、0.29%，按照翻转振荡法程序测稳定化后的飞灰浸出毒性，达到GB16889—2008的限值要求，可以进入生活垃圾卫生填埋场单独填埋。建议将该药剂推广应用到实际工程中，实现飞灰的快速稳定化处理，使其进入生活垃圾卫生填埋场填埋，既能减轻填埋场库容压力，也能降低飞灰处置成本。

［1］ 张海英，赵由才，祁景玉.生活垃圾焚烧飞灰的物理化学特性［J］.环境科学与技术，2008，31（11）：96-99.

［2］ 林祥.城市生活垃圾焚烧飞灰药剂稳定化研究［D］.重庆：重庆大学，2006.

［3］ 章骅，何品晶，刘星，等.静态浸出测试评价飞灰及其处理产物的局限性［J］.上海交通大学学报，2008，42（9）：1474-1478.

Study on Treatment of Heavy Metals in Fly Ash by Chelating Agent

Yu Zhaohui，Zhang Ruina，Bi Zhujie，Chen Shanping
（Shanghai Environmental Sanitary Engineering Design Institute Co.Ltd.，Shanghai200232）

The fly ash from two municipal solid waste incineration plantsin Shanghai wastreated by self-developed organic composite chelating agents.The resultsindicated that the stabilization effect of Pb wasthe best，and the easy-leaching ratio decreased from 29.60%and 27.49%to 3.05%and 0.29%.The leachingtoxicityofstable flyash reached the limit ofGB16889-2008，which can beentered into theseparateareain municipalsolid wastelandfillsite.

municipal solid waste；fly ash；heavy metal；chelating agent；stabilization

X705

A

1005-8206（2016）01-0024-03

余召辉（1989—），研究方向为生活垃圾处理及资源化。

上海市国资委项目（2013019）；上海市科委项目（13231201901）；上海市科委创新基金（11231200200）；张江专项（201505-HP-C104-005）

2015-05-29