针对城市生活垃圾焚烧后的重金属迁移特性分析

■郭军

（黑龙江生态工程职业学院黑龙江哈尔滨401331）

针对城市生活垃圾焚烧后的重金属迁移特性分析

■郭军

（黑龙江生态工程职业学院黑龙江哈尔滨401331）

由于城市化速度加快、城市人口激增，所以城市生活垃圾数量不断增加，当前在生活垃圾处理中焚烧法依旧是主要方法之一，但是焚烧过程中容易产生带有重金属的烟气造成环境二次污染，所以本文将针对城市生活垃圾焚烧后重金属迁移特性进行研究。

城市生活垃圾 焚烧处理 重金属迁移特性

引言：城市生活垃圾焚烧后的重金属迁移特性受到温度、氧化性气氛下氮氧比等因素的影响，并且重金属烟尘具有一定的污染作用，做好重金属迁移特性研究对环保工作具有较高价值。

1　城市生活垃圾焚烧中的重金属来源

城市生活垃圾一般都需要分类处理，当前垃圾处理的一种重要方法就是焚烧发电等。由于采取焚烧的垃圾内部有时会混入具有毒害作用的重金属，经焚烧后就会造成随飞灰及底灰扩散的现象，造成重金属污染。一般垃圾中的重金属主要有铬、铜、铅等，其中油气、化学药品等是铬的主要来源；电镀产品、涂料、电子材料等是铜的主要来源；铅(Pb)主要来源于汽车添加剂、橡胶、报纸、织物、木块、塑料、焊接剂、电池、涂料、农药等;镉(Cd)主要来自镉电池、墨汁、尤其、涂料、电镀制品、颜料等;汞(Hg)主要来源于荧光灯、汞合金、电池、农药、温度计等;锌(Zn)主要来自干电池、镀锌、橡胶制品、涂料、防腐剂、木材等。

2　城市生活垃圾焚烧后重金属迁移特性实验

2.1制备实验所需样品

实验中所使用的材料是城市日常生活垃圾，随机抽取100千克城市生活垃圾，然后对其进行混合搅拌，并采用四分法提取实验垃圾材料。将垃圾材料混合处理后，将其放在105℃的高温下烘干24小时，充分去除内部水分，然后筛取150目以下的颗粒，相关混合实验材料主要由厨余、废纸、金属、橡胶、塑料、纺织物等组成。

2.2选用的实验装置

实验装置由供气装置、管式炉、尾气收集装置组成，在使用中使氮氧混合气以1.5L·min-1的速率供气，从而将焚烧的烟气带出，然后通过冷却装置将烟气传送到吸收液中，所选用的吸收液依次为纯净水、10%H2O2与5%HNO3溶液2瓶、4%KMnO4与10%H2SO4溶液2瓶、硅胶，通过他们对飞灰进行吸收处理。

2.3采取的实验及样品分析法

实验中以0.5g垃圾样品为一次实验用量，将垃圾样品使用瓷勺房屋试管炉内焚烧，焚烧的温度应在600～900℃之间逐步递增，焚烧的氧氮气氛比为1∶9、2∶8、3∶7，并选用CaCl2、CaO、MgO、Al2O3等作为添加剂，并对焚烧产生的烟气、飞灰进行吸收，当垃圾样品质量保持不变后，取出残渣侧重。

垃圾经焚烧处理后，使用HNO3-HF-HClO4法对灰渣溶解处理，并将其放入原子吸收光谱分析仪中进行重金属含量的测定，从而计算出灰渣中重金属所占比重及含量，然后应用EPAMETHOD29法对处理吸收液，并将盐酸羟胺溶液滴入初始吸收液中，使溶液变成物色后在用原子吸收光谱仪对吸收液的重金属含量比重进行检测。

3　结果与讨论

3.1重金属迁移特性受到温度的影响分析

当垃圾焚烧温度不断升高的时候，底灰中重金属残留量就会快速降低，从而大幅度提升飞灰中重金属含量，所以温度对垃圾焚烧后的重金属迁移特性影响显著。

首先在不同温度段内铅元素挥发率相对均匀，由于铅熔沸点低的原因，低熔点铅化合物会在600℃的时候开始挥发，当温度升高至800℃时含铅的氯化物、氧化物随之挥发，当达到900摄氏度高温时，底灰渣中的铅元素基本挥发殆尽。其次，在600℃高温状态下铬元素基本挥发殆尽，在700～900℃时已经基本没有铬元素继续挥发了。最后锌元素与铜元素在整个高温焚烧的各个阶段会发亮都比较均匀，鉴于其氯化物熔沸点低的特性，所以在温度不断上升的时候，垃圾中的重金属氯化物挥发到飞灰中的总量会有所上升。

3.2城市垃圾中重金属迁移特性受到的氧化性气氛下氮氧比重的影响

可以发现氮氧比重的变化对垃圾焚烧中重金属的迁移影响不是很明显。基于对焚烧垃圾过程中的氮氧比进行调整，发现垃圾中铅、铬、铜等重金属的挥发率变化较小，并受到氧化性气氛的抑制作用，致使其重金属挥发量减少，所以氧化性气氛下氮氧比的变化对垃圾焚烧中重金属的迁移特性影响不大。

3.3重金属迁移特性受到添加剂的影响分析

在进行城市垃圾焚烧实验中所使用的添加剂多数为氯化物及氧化物溶液，添加剂的总量也控制在了垃圾样品总量的2%～20%之内，在使用前都在烘箱内经过了24小时80℃的烘烤。

首先分析氯化物对重金属迁移特性的影响：当添加相同质量的0.1gNaCl、KCl、CaCl2时，铅、铜、锌的挥发率分别上升为“43.8%、8.1%、51.9%”“32.6%、30.8%、36.5%”“10.7%、7.0%、11.4%”。这是因为CI的分子键在无机氯化物中键能较弱，在垃圾混合物中焚烧的时候CI可以轻易析出，然后与重金属混合成挥发压力高、低沸点的金属氯化物，由于金属氯化态比氧化态的挥发压力高，所以在垃圾中混合大量氯时就会让焚烧的CI元素快速的在适当条件下与重金属发生反应，变成沸点低、颗粒小的氯化物，从而使重金属挥发速度加快，让重金属从底灰快速的迁移到飞灰当中。在研究中发现他们对重金属挥发特性影响大小的比重依次为Ca-Cl2＞NaCl＞KCl。

其次分析氧化物对重金属浅议特性的影响：在700℃的情况下一次添加适量的0.1gCaO、MgO、Al2O3，发现垃圾样品中铅、铜、锌的挥发率依次降低了“34%、38.2%、33.2%”“24.4%、-5.6%、23.4%”“27%、43.9%、35.6%”。由此可以看出重金属浅议特性受到了氧化物的方面影响，当氧化物添加量增加的时候重金属向飞灰中迁移的速度就会降低，这主要是由于氧化物产生的吸附作用有效的与重金属元素发生化学反应结合成为高熔沸点氧化物，让他们沉淀囤积在了底灰中，使其不能轻易挥发。其中重金属挥发特性受到氧化物抑制能力的大小为MgO＞Al2O3＞CaO。

4　结论分析

经实验得出结论：重金属迁移特性受到焚烧温度影响显著；氧化性气氛下氮氧比的变化对垃圾焚烧重金属迁移特性影响不大，在低温的时候氮氧比对焚烧中的垃圾重金属迁移特性影响效果比较显著，在高温下会重金属挥发速度影响微乎其微。当添加适量重金属时对垃圾焚烧中重金属迁移特性影响显著，当CaCl2、NaCl、KCl添加质量相同的时候，影响作用依次为CaCl2＞NaCl＞KCl；当CaO、Al2O3、MgO添加质量相同时，影响作用依次为MgO＞Al2O3＞CaO。

[1]赵曦 李娟等.广东某大型城市生活垃圾焚烧厂9种重金属的迁移特征.环境污染与防治2015年06期.

[2]吴桢芬苏有勇等.气氛对垃圾焚烧中重金属迁移特性的影响.环境工程学报2011 年07期.

[3]张厚坚刘海娟等城市生活垃圾焚烧处理过程中重金属迁移规律研究.环境工程学报.2013年11期.

F3[文献码]B

1000-405X（2016）-7-482-1