垃圾焚烧飞灰浸出毒性含量测定

陈梅芳，方文华，朱雯毅(江苏格林勒斯检测科技有限公司，江苏 无锡 214000)

0 引言

随着城市的迅速发展，城市生活垃圾焚烧技术成为一种主要的固体废物处理技术。但在焚烧垃圾的过程中，重金属在高温环境下挥发进入烟气中，最终富集于飞灰中，若处理不当会使重金属元素发生迁移和转化。《国家危险废物名录》中垃圾焚烧飞灰被列为危险废物，故垃圾焚烧飞灰必须进行预处理后才能到达危险废物填埋场。生活垃圾填埋场污染控制标准GB/T 16889—2008中规定生活垃圾飞灰需经过HJ/T 300—2007的方法进行浸出，测定的浓度值应低于规定的限值要求才能进入生活垃圾填埋场进行填埋。针对上述情况，采用二甲基二硫代氨基甲酸盐对飞灰螯合后样品进行效果评价。

1 实验部分

1.1 仪器和设备

电感耦合等离离子体发射光谱法(安捷伦科技有限公司，ICP-OES 5110)；石墨炉原子吸收分光光度计(安捷伦科技有限公司，240Z)；TCLP-B翻转式振荡器 (常州市金坛博科试验设备研究所)；超纯水器UPH-I-40L(四川优普超纯科技有限公司)；提取瓶：2 L 具旋盖和内盖的璃瓶或聚乙烯(PE)瓶；全能型微波化学工作平台(上海屹尧仪器科技发展有限公司，TOPEX)。

1.2 试剂与材料

1.2.1 试剂

试剂水：采用UPH-I-40 L超纯水器制得，符合二级水的要求(GB/T 6682—2008)。冰醋酸和硝酸均为GR。浸提剂取17.25 mL的冰醋酸置于1 L的容量瓶中，溶液的pH值为2.64±0.05；铅标准溶液1 000 mg/L (环境保护部标准样品研究所); 镉标准溶液 100 mg/L(环境保护部标准样品研究所 );32种金属混标 100 mg/L (国家有色金属及电子材料分析测试中心)。

1.3 试样制备

试验所用垃圾焚烧飞灰样品采自无锡益多环保热电有限公司，依据固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法HJ/T 300—2007对飞灰样品进行浸出。具体步骤如下：依据固液比为 1:20(kg/L)及样品的含水率和浸提体积(1.5 L计)计算出所称取样品质量，置于2 L的聚乙烯瓶中，加入浸提剂，拧紧瓶盖，置于室温在23±2 ℃的TCLP-B翻转式振荡器上，转速调至30±2 r/min，振荡18±2 h。为防止爆炸，需在振荡过程中不定时地释放过度的压力，用压力过滤器过滤，弃去初始液，过滤并收集浸出液，于4 ℃下保存[1]。

含水率的测定：称取50～100 g样品置于培养皿中，把样品放置在烘箱中(温度为105 ℃)烘干，两次称重称量值的误差要小于±1%。

1.4 飞灰稳定化处理

水泥固化+螯合剂稳定化组合工艺，螯合剂中含有大量的极性基-NHCS=S，其中极性基中的S原子半径比较大，且带负电，易于极化变形从而产生负电场；并且它能够捕捉阳离子产生难溶的TDC盐。难溶的氨基二硫代甲酸盐，有的是离子键或强极性键，大多数是配位键。同一金属离子螯合的配价基极可能来自不同的氨基二硫代甲酸盐分子，分子交联生成稳定的交联空间网状结构的金属螯合物，从而有极高的稳定机构。

1.5 浸出液的元素分析方法与依据

试验测试指标根据GB/T 16889—2008中规定的危害成分浓度进行分析，测试方法按照《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱HJ 781—2016》及《固体废物铅和镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法HJ 787—2016》[2]。

1.5.1 实验原理

(1)石墨炉原子吸收法

样品经消解后注入石墨炉原子化器中，溶液中所含被测元素离子在石墨管内经高温原子化。形成的基态原子对同种元素空心阴极灯发射的特征谱线产生选择性吸收，其吸光强度在一定范围内与待测元素含量成正比[3]。

(2)电感耦合等离子体发射光谱法

试料由载气带入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体中。目标元素在等离子体火炬中被气化、原子化、电离和激发，并辐射出特征谱线，经分光系统进入检测器，在一定浓度范围内，其特征谱线的强度与元素的浓度成正比。

1.5.2 仪器条件

石墨炉测定铅和镉时波长分别为283.3 nm、228.8 nm，通带宽度均为0.5 nm，灯电流10.0 mA、4.0 mA。石墨温度曲线如表1所示。

表1 石墨炉测试条件

电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES):测量条件为读取时间(s):5；雾化气流量 (L/min): 0.7；RF功率(kW):1.2；等离子体气流量(L/min):12；辅助气流量(L/min):1；稳定时间(s):15；观察方式:径向；补偿气流量(L/min):0；观察高度：8。

1.5.3 样品的预处理

量取50 mL浸出试样于微波消解罐中，加入5 mL硝酸溶液，按说明书的要求使用消解罐。依表2的方法进行消解，消解结束后，待冷却到室温，取出消解罐，为安全起见，需在通风橱内打开罐子释放其中的气体。将消解液全量转移至聚四氟乙烯坩埚中，用去离子水淋洗消解罐内壁，在电热板上加热至近干。用去离子水淋洗坩埚内壁，全部转移至50 mL容量瓶，用去离子水定容至标线，摇匀，待测。如消解液中有沉淀，需进行过滤、离心分离。

1.5.4 校准曲线的配置

根据标准配置铅、镉、钡、铍、镉、铬、铜、镍、铅、锌石墨炉原子吸收法、电感耦合等离子发射光谱仪标准溶液浓度。

2 结果与讨论

2.1 原灰与螯合后飞灰的浸出毒性比对

试验分别对原灰与固化后的飞灰样品进行测试，如表2所示。固化后的飞灰元素铅和镉浓度显著减少，其余元素均也有减少。原灰中铅浓度为0.96 mg/L，固化后浓度为0.06 mg/L，去除效率为94%；原灰中镉的浓度为 1.40 mg/L，固化后浓度未检出。都能满足生活垃圾填埋场进场要求。由此可见，该螯合剂有着显著的效果[4]。

表2 重金属浸出毒性测试结果

2.2 铅镉采用不同分析方法测定原灰及螯合后飞灰数据结果

铅镉采用不同分析方法测定原灰及螯合后飞灰数据结果如表3所示。

表3 铅镉采用不同分析方法测定原灰及螯合后飞灰数据结果 单位：mg/L

3 结语

生活垃圾焚烧卫生填埋螯合剂-二甲基二硫代氨基甲酸钠对重金属有稳定作用，且螯合后的飞灰各项指标均低于标准限值要求(GB/T16889-2008)，符合卫生填埋进场条件。

从以上实验结果可以看出，两种分析方法均适用固体废物的测定。石墨炉原子吸收法的检出限低、灵敏度高、再线性差，但分析速度慢，适用于低浓度样品的测定；电感耦合等离子发射光谱法，分析速度快，且多元素同时分析，但成本高。