危险废物焚烧废气中重金属的研究

毛慧+姚军

摘要 以某危险废物焚烧废气为例，阐明了在废气颗粒物重金属监测过程中的质量控制。研究结果表明，该焚烧炉废气颗粒物中汞及其化合物（以Hg计），镉及其化合物（以Cd计），砷、镍及其化合物（以As+Ni计），铅及其化合物（以Pb计），铬、锡、锑、铜、锰及其化合物（以Cr+ Sn+Sb+Cu+Mn计）的排放浓度均低于国家《危险废物焚烧污染物控制标准》中规定的最高允许排放浓度限值。

关键词 危险废物；焚烧；废气；重金属；环境监测

中图分类号 X831 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0151-02

Study on Heavy Metals in Waste Gas from Hazardous Waste Incineration

MAO Hui 1，2 YAO Jun 3

（1 Taizhou Environmental Monitoring Central Station in Jiangsu Province，Taizhou Jiangsu 225300； 2 Key Laboratory of Soil Organic Matter in Jiangsu Province； 3 Hailing Precinct of Taizhou Environmental Protection Bureau）

Abstract Taking the waste gas from a hazardous waste for example，the quality control of heavy metal in the waste gas was clarified.The research results showed that the emission concentration of mercury and its compounds（Hg），cadmium and its compounds（Cd），arsenic，nickel and their compounds（As+Ni），lead and its compounds（Pb），chromium，tin，antimony，copper，manganese and their compounds（Cr+Sn+Sb+Cu+Mn） in incinerator exhaust particulate were lower than the maximum allowable emission concentration limits of national pollution control standard for hazardous wastes incineration.

Key words hazardous waste；incineration；waste gas；heavy metals；environment monitoring

随着工业的发展，工业生产过程排放的危险废物日益增多，危险废物具有腐蚀性、毒性、易燃性等危险特性，对环境和人类健康产生了严重危害[1-2]。本着无害化、减量化、资源化的原则，危险废物的处理越来越多地采用焚烧技术[3-4]，焚烧是通过高温分解和深度氧化的综合过程，通过焚烧可以使可燃性的危险废物氧化分解，主要适用于不宜回收利用其有用组分、有一定热值的危险废物[5-6]。

危险废物的来源广泛、种类繁多、无明显周期性，焚烧产生的烟气中污染物主要有烟尘、一氧化碳、二氧化硫、氯化氢、氟化氢、氮氧化物、重金属、二噁英等[7-8]。国家《危险废物焚烧污染物控制标准（GB18484—2001）》[9]中控制的重金属的类别是：汞及其化合物（以Hg计）；镉及其化合物（以Cd计）；砷、镍及其化合物（以As+Ni计）；铅及其化合物（以Pb计）；铬、锡、锑、铜、锰及其化合物（以Cr+ Sn+Sb+Cu+Mn计）。本文以某危险废物焚烧废气为例，论述了危险废物焚烧废气颗粒物中重金属监测的全程质量控制，对废气颗粒物中重金属污染物的排放浓度进行分析与评价。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器与用具：美国安捷伦公司电感耦合等离子质谱联用仪（ICP-MS）；北京吉天仪器有限公司双道原子荧光光度计；石英纤维滤筒，购自意大利MUNKTELL品牌。

试剂：国药集团化学有限公司硝酸，ρ（HNO3）=1.42 g/mL，优级纯；盐酸，ρ（HCl）=1.18 g/mL，优级纯；氢氟酸，ρ（HF）=1.16 g/mL，优级纯。

标准溶液：单元素标准贮备液汞；30种混合标准溶液，即铝、锑、砷、钡、铍、硼、镉、钙、铬、钴、铜、铁、铅、锂、镁、锰、钼、镍、磷、钾、硒、硅、银、钠、锶、铊、锡、钛、钒、锌等混合标准溶液，浓度为20.0 mg/L，购自百灵威科技有限公司。

ICP-MS质谱调谐液：锂（Li）、钇、铈、铊、钴、镁混合溶液，浓度为1 μg/L。ICP-MS内标溶液：Li6、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi混合溶液，浓度为400 μg/L。纯水：纯水电阻率大于18.2 MΩ·cm。

1.2 仪器工作条件

ICP-MS条件：射频功率1 500 W；等离子体气流量为15 L/min；雾化器流量1.0 L/min；雾化室温度2 ℃；峰型3个点；重复3次；数据采集为质谱图；内标加入方式为自动加入。

原子荧光工作条件：光电倍增管负高压280 V；灯电流30 mA；载气流量300 mL/min；原子化器高度10 mm；读数延迟时间0.5 s。

1.3 样品采集及处理方法

汞及其化合物[10]：通过等速采样将颗粒物从废气中抽取到玻璃纤维滤筒中。将试样滤筒剪碎，置于150 mL锥形瓶中，加入45 mL新配制的王水，于电热板上加热至微沸，保持微沸2 h。冷却，用定量滤纸过滤，用水洗涤锥形瓶、滤渣数次，合并洗涤液和滤液至100 mL聚四氟乙烯烧杯中，加热浓缩至近干，冷却后转移到50 mL容量瓶中，用5%盐酸稀释至标线，即为样品溶液。取同批号的2个空白滤筒，按上述相同的处理步骤，制备成空白溶液。

其他金属及其化合物[11]：通过等速采样将颗粒物从废气中抽取到玻璃纤维滤筒中。将试样滤筒剪碎，置于100 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入12 mL硝酸、4 mL氢氟酸，盖上聚四氟乙烯烧杯盖，于电热板上150 ℃加热回流2 h，然后冷却。以超纯水淋洗烧杯内壁，开盖后加热赶酸至近干，冷却后转移到50 mL容量瓶中，静置后取上清液进行测定。取同批号的2个空白滤筒，按上述相同的处理步骤，制备成空白溶液[12]。

2 结果与分析

2.1 汞及其化合物

汞及其化合物的测定采用原子荧光法，以荧光强度为纵坐标，以浓度为横坐标绘制校准曲线。根据待测样品的荧光强度，在标准曲线上查出或者由回归方程计算出样品和空白溶液中汞的浓度，最终根据标准状况下采样体积计算出废气中汞的排放浓度，具体监测结果见表1。

从表1可以看出，某企业排气筒排出的废气中汞及其化合物的平均浓度是9.06×10-3 mg/m3，远远低于《危险废物焚烧污染物控制标准》中规定的汞及其化合物的最高允许排放浓度限值0.1 mg/m3。

2.2 其他金属及其化合物

其他金属及其化合物的测定按照HJ657—2013标准规定的方法，采用电感耦合等离子体质谱仪进行测定。质谱仪在点燃等离子体后，仪器预热30 min，用质谱仪调谐溶液进行质量校正和分辨率校正。待测元素标准溶液浓度分别是0、1、5、10、30、60、80、100 μg/L，介质为5%硝酸。以标准溶液浓度为横坐标，以样品信号与内标信号的比值为纵坐标建立校准曲线，用线性回归分析方法求得其斜率用于样品含量计算。根据标准状况下采样体积计算出废气中重金属的排放浓度，具体监测结果见表2。

从表2可以看出，某企业排气筒排出的废气中镉及其化合物的平均浓度是1.47×10-4 mg/m3，低于标准中规定的镉及其化合物的最高允许排放浓度限值0.1 mg/m3；废气中砷、镍及其化合物的平均浓度是6.05×10-2 mg/m3，低于标准中规定的砷、镍及其化合物的最高允许排放浓度限值1.0 mg/m3；废气中铅及其化合物的平均浓度是0.178 mg/m3，低于标准中规定的铅及其化合物的最高允许排放浓度限值1.0 mg/m3；废气中铬、锡、锑、铜、锰及其化合物的平均浓度是0.159 mg/m3，低于标准中规定的铬、锡、锑、铜、锰及其化合物的最高允许排放浓度限值4.0 mg/m3。

3 结论

通过对某危险废物焚烧炉废气颗粒物中重金属的研究，阐明了在废气颗粒物重金属监测过程中的质量控制。研究结果表明，该焚烧炉废气颗粒物中汞及其化合物（以Hg计），镉及其化合物（以Cd计），砷、镍及其化合物（以As+Ni计），铅及其化合物（以Pb计），铬、锡、锑、铜、锰及其化合物（以Cr+ Sn+Sb+Cu+Mn计）的排放浓度均低于国家《危险废物焚烧污染物控制标准》中规定的最高允许排放浓度限值，说明该危险废物焚烧炉废气中重金属的处理设施满足环境保护的要求。

4 参考文献

[1] 郭玉文，王伟，乔玮，等.危险废物焚烧飞灰中重金属污染特性[J].北京科技大学学报，2006，28（1）：17-21.

[2] 李传红，朱文转.试议我国地方危险废物的管理和处理[J].环境保护，2000（5）：10-11.

[3] 蒋学先.浅论我国危险废物处理处置技术现状[J].金属材料与冶金工程，2009，37（4）：57-60.

[4] 蔡同锋，张艳艳.危险废物处理技术进展及若干建议[J].污染防治技术，2010（2）：48-50.

[5] 王亦农，李小勇.化工危险废物焚烧技术探讨[J].南昌师范学院学报，2011，32（3）：20-23.

[6] 姜启英，徐效民.危险废物焚烧污染控制标准及技术探讨[J].环境与可持续发展，2015，40（1）：93-95.

[7] 张绍坤，席细平.危险废物焚烧处置中二恶英的产生及控制[J].能源研究与管理，2010（4）：59-62.

[8] 刘强，王军，王晓军，等.利用水泥窑处置漆渣废气中重金属污染物排放分析[J].长春理工大学学报（自然科学版），2010，33（2）：107-109.

[9] 国家环境保护总局.危险废物焚烧污染物控制标准：GB18484-2001[S].北京：中国环境出版社，2001.

[10] 国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法[M].4版.北京：中国环境出版社，2003.

[11] 环境保护部.空气和废气 颗粒物中铅等金属元素的测定 电感耦合等离子体质谱法：HJ657-2013[S].北京：中国环境出版社，2013.

[12] 郑喜珅，鲁安怀，高翔，等.土壤中重金属污染现状与防治方法[J].土壤与环境，2002（1）：79-84.