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二次酸洗工藝對垃圾焚燒飛灰重金屬脫除效果的影響研究

文檔作者：王中頁1 羅津晶1 季酷2 毛中建2 文檔來源： 1廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院環(huán)境科學(xué)研究中心 2新源中國環(huán)境科技責任有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月27日
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二次酸洗工藝對垃圾焚燒飛灰重金屬脫除效果的影響研究
王中頁1 羅津晶1季酷2毛中建2
(1廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院環(huán)境科學(xué)研究中心福建廈門361005)
(2新源中國環(huán)境科技責任有限公司福建廈門361008)
摘要以某垃圾焚燒電廠采集的飛灰研究為例．在普通酸洗處理后加入有機酸二次酸洗。分析不同濃度酸液及酸洗時
間，對飛灰重金屬的洗脫效果影響情況。
關(guān)鍵詞飛灰二次酸洗重金屬洗脫
中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2013)02—089—03
酸溶液提取法是一種常見的針對垃圾飛灰重金屬的處
理方法．由于高濃度H+存在時可提高飛灰中重金屬的浸出
率．從而分離飛灰中的重金屬．并通過重金屬沉淀技術(shù)提取
酸洗液中的重金屬成分。常用的提取液有鹽酸、硫酸和硝酸．
它們對金屬的浸出效率都較高?。鄭麗婷等人比較了水洗、
酸洗以及水洗結(jié)合酸洗工藝對飛灰中重金屬元素Cu、Z玎和
Pb洗脫率的影響，發(fā)現(xiàn)酸洗工藝后Cu、Zn的洗脫率大幅度
增加。Pb基本沉淀在酸洗后的殘渣中。
然而，傳統(tǒng)的無機酸洗存在很大不足，如硫酸、鹽酸成本
較高、危險系數(shù)大、且硫酸不易將飛灰中Pb浸出等[2]。陸魯
等人比較了鹽酸、硫酸和堿溶液對飛灰中重金屬的浸出效
果，發(fā)現(xiàn)鹽酸、硫酸對zn、Fe等金屬離子浸出率很高．但硫酸
浸出的缺點是不能將Pb浸出．因此必須在硫酸浸出后增加
其他的酸。
本文以湖北某垃圾焚燒電廠收集的飛灰為研究對象．在
傳統(tǒng)的無機酸洗處理后加入有機酸二次酸洗[2引．考察二次
酸洗工藝對飛灰中重金屬的洗脫效果．探討不同有機酸種類
及酸洗時間對飛灰重金屬洗脫效率的影響以及酸洗過程對
飛灰表面形貌的改變．以期為垃圾焚燒飛灰的重金屬酸洗處
理工藝提供數(shù)據(jù)支持。
l材料與方法
1．1材料
實驗所用飛灰樣品采自湖北某生活垃圾焚燒發(fā)電廠靜
電除塵器，采用隨機采樣法。根據(jù)飛灰來源的不同。將灰樣標
記為H。、H：，其中l(wèi)系列為焚燒煙氣在脫酸塔前采集的灰
樣。2系列為焚燒煙氣經(jīng)脫酸塔脫酸處理后采集的灰樣。
1．2試驗方法和儀器
飛灰的部分重金屬總量測定采用USEPA 3052 HNO，+
HF+HCl03法微波消解灰樣，使用ICP—MS電感耦合等離子
體質(zhì)譜儀(Agilent 7500 Ce，美國)測定消解液重金屬濃度；
毒性浸出實驗嚴格按照腳廠II 300—2007固體廢物浸出毒性
標準方法進行?．使用ICP—MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀
(Agilent 7700X，美國)測定浸出液重金屬濃度。使用場發(fā)射
掃描電子顯微鏡(Leo一1500，德國)對酸洗前后的飛灰樣品進
行表面形貌觀察和區(qū)域元素分布分析。飛灰粒徑分布采用標
準篩分稱重法。
在二次酸洗實驗前．飛灰須先經(jīng)過一定的預(yù)處理，預(yù)處
理操作分為兩步：(1)水洗：稱取一定量的原始飛灰，按照10：
1(L／kg)的比例與RO水混合均勻，振蕩10min后將混合液過
過0．45Ixm混合纖維濾膜真空抽濾．濾餅干燥均化，記為水洗
灰；(2)酸洗：稱取一定量水洗灰，按照40：1的酸灰比與酸洗
液(成分為硫酸和鹽酸混合液)混合，振蕩3h后將混合液過
過0．45p,m混合纖維濾膜真空抽濾，濾餅干燥均化。記為酸洗
灰AWF。
二次酸洗試驗中，稱取159干燥酸洗灰，按照40：1的酸
灰比與酸洗液混合均勻，放人恒溫搖床在25℃、180rpm條件
下振蕩。然后混合液過0．45txm混合纖維濾膜真空抽濾。濾液
使用ICP—MS測定酸洗液重金屬離子濃度．濾餅在1050C下
干燥、均化后用于毒性浸出實驗。實驗中的酸洗液分別是
0．29mol／L、0．50mol／L、1．00mol／L醋酸和0．20mol／L檸檬酸．所
得到的酸洗灰依次標記為AWF一0．29C、AWF一0．50C、AWF一
1．00C和AWF—N。
2結(jié)果與討論
2．1原始飛灰的主要組成及粒徑分布
表1為原始飛灰樣品中部分金屬元素總量分布。從表中
可以看出．脫酸塔處理前后得到的飛灰樣品中重金屬含量有
一定差異，經(jīng)過脫酸塔處理后，飛灰中大部分金屬含量(除
Cr外)均高于未處理前樣品．這說明飛灰中所含金屬濃度與
煙氣處理工藝有關(guān)。飛灰中Zn、Pb的含量遠高于其他五種元
素，這主要是由于垃圾中的Zn、Pb經(jīng)過高溫焚燒后形成低熔
點的ZnCh和PbCl2，被飛灰吸附在表面[5]。而焚燒煙道中溫
度較高，Hg主要以氣態(tài)形式從灰樣表面揮發(fā)，因此所有灰樣
中Hg濃度為零。
表1 原始灰樣部分金屬元素含量分布mg／kg
表2為不同種類飛灰的粒徑分布表。飛灰樣品的粒徑主
要分布在74～1491tm范圍內(nèi)，其中H：灰樣中大粒徑(149～
187．5p,m)-毪灰較H1飛灰多，為26．43％；Hl灰樣中小粒徑(小
于74p,m)-飛灰所占百分比高于H2飛灰，達到17．47％。垃圾
焚燒電廠煙氣處理工藝對飛灰粒徑大小有一定影響。
作者簡介：王中頁，-Jr，碩士研究生，主要從事大氣污染物控制技術(shù)、材料吸附劑t受,l生A-向研究。
2013．N0．2．o 萬方數(shù)據(jù)
2．2不同酸種類對飛灰金屬浸出率的影響
在兩次酸洗過程中，選取H?；覙訛樗嵯磳ο?。經(jīng)過水洗
酸洗預(yù)處理后，再分別以0．50mol／L、1．00mol／L醋酸和0．20
mol／L檸檬酸溶液作為酸洗液。酸洗3h，得到的灰樣依次標
記為AWF一0．50C、AW-F—1．00C和AWF—N。根據(jù)不同酸種類
洗滌后酸洗灰重金屬浸出量的不同，得到圖l數(shù)據(jù)。從圖中
可以看出．0．50molFL醋酸處理后的灰樣中Cr和As毒性浸
出濃度較酸洗前有所減少。而Pb浸出濃度則顯著增加．是未
處理前的3倍。這可能是由于醋酸可與Pb形成醋酸鉛絡(luò)合
物．將其從飛灰內(nèi)部溶出并絡(luò)合在表面．令Pb更容易被浸
出。隨著醋酸濃度的增加．Cr的浸出量呈現(xiàn)先降低后增加的
趨勢。其余5種金屬的毒性浸出濃度無顯著變化。檸檬酸因
其分子結(jié)構(gòu)中含有3個羧基．酸性強于醋酸，經(jīng)檸檬酸酸洗
處理后，灰樣各金屬毒性浸出濃度均升高。因此。一步酸洗處
理結(jié)束后增加二步酸洗．對飛灰重金屬浸出毒性的降低與金
屬種類有關(guān)．在實際工藝中可根據(jù)飛灰中金屬元素的種類及
含量而選取不同的二步酸洗條件。
2．3酸洗時間對飛灰重金屬浸出的影響
研究酸洗時間的作用時選取H2灰樣中Cd、Pb元素作為
研究對象．以0．29mol／L醋酸溶液作為酸洗液，酸洗時間分別
為lh，2h。3h，8h和16h，得到不同酸洗時間處理下灰樣毒性
浸出濃度對比。如圖2所示。酸洗時間的延長對飛灰中Cr、
Pb的洗脫效果影響不大。飛灰中Cd、Pb的毒性浸出濃度基
本保持不變。隨著酸洗的增加．飛灰中Cu的浸出濃度呈現(xiàn)
先升高后降低的趨勢．As的浸出濃度則隨時間的增加而增
加。酸洗時間的延長，可以小幅度降低大部分金屬的毒性浸
出濃度．但延長酸洗時間會導(dǎo)致能耗增多．增加工藝的運行
成本．在實際應(yīng)用時需要根據(jù)情況進一步調(diào)試出最佳時間。
2．4酸洗前后飛灰表面形態(tài)分析
圖3中A～D分別為H，灰樣在不同酸洗處理過程中所
得灰樣的掃描圖，放大倍數(shù)為50萬倍。從圖中可以看出，H。
灰樣(圖A)顆粒呈不規(guī)則結(jié)構(gòu)，且分布稀松、不同結(jié)構(gòu)間存
在大量空隙：有機酸洗后．灰樣的表面不規(guī)則結(jié)構(gòu)被破壞，出
現(xiàn)針狀晶體。圖B．C為不同濃度醋酸洗滌后的灰樣，隨著醋
酸濃度的增加．飛灰表面出現(xiàn)的針狀晶體增多。且其表面堵
塞大量負載物情況．這可能是由于大量醋酸進入飛灰的孑L隙
結(jié)構(gòu)中，破壞孔墻；而酸洗后存在大量金屬絡(luò)合物(如醋酸鉛
絡(luò)合物)。粘附在針狀晶體上。檸檬酸與醋酸相比，酸洗的破
壞性較弱．產(chǎn)生的針狀晶體較少．但表面仍粘附大量金屬絡(luò)
合物。
EDS能譜得到灰樣表面元素的質(zhì)量分布。如表3所示。
飛灰的主要成分包括C、O、C1、Ca、Na等無機元素及Zn、Pb
表2不同飛灰粒徑分布表
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圖1 不同酸種類對酸洗灰重金屬浸出濃度的影響
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圖2 酸洗時間對飛灰重金屬浸出濃度的影響
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圖3不同灰樣的SEM掃描譜圖
A：H1；B：AWF-O．29 C；C：AWF-0．50 C；D：AWF-N
等金屬元素，其中元機元素占90％l?2_k，Zn、Fe等金屬元素
含量較少。酸洗后，飛灰表面的Zn、Fe、Al等金屬含量均增
表3不同灰樣表面部分元素質(zhì)量分數(shù)分布％
2013．N0．2．o
(下轉(zhuǎn)第92頁)
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萬方數(shù)據(jù)
表5酚試劑分光光度法測得的試驗結(jié)果
知樣品進行甲醛測定．根據(jù)繪制的曲線計算所測未知樣品含
量．得到結(jié)果見表5。
3．2乙酰丙酮分光光度法實驗測定結(jié)果
(1)標準曲線繪制。根據(jù)乙酰丙酮分光光度法測定的標
準曲線數(shù)據(jù)見表6．測定的標準曲線為：
y=0．021x+1．16x10-3,／=0．9998
(2)對未知樣品的測定。用乙酰丙酮分光光度法對9個
表6乙酰丙酮分光光度法標準曲線
甲醛含量／la,g 0 1．0 4．0 10．0 20．0 30．0 35．0
吸光度A 0．024 0．045 0．110 0．231 0．453 0．657 0．756
吸光度A—Ao 0．000 0．021 0．086 0．207 0．429 0．633 0．732
未知樣品進行甲醛測定．根據(jù)繪制的曲線計算所測未知樣品
含量，得到結(jié)果見表7。
表7 乙酰丙酮分光光度法測得的試驗結(jié)果
3．3 2種方法測定結(jié)果比較
(1)試驗原理：酚試劑分光光度法和乙酰丙酮分光光度
法實驗原理相似．都是利用溶液的顯色反應(yīng)，通過吸光度不
同．測定甲醛含量。
(2)試驗步驟：酚試劑分光光度法和乙酰丙酮分光光度
法實驗儀器一樣，操作步驟相似，操作簡單，容易實現(xiàn)。酚試
劑分光光度法標準曲線繪制范圍在0．056～2．0p,g：乙酰丙酮
分光光度法標準曲線繪制范圍在0～35．0斗g。從標準曲線繪
制的方法可以看出．酚試劑分光光度法測定范圍小于乙酰丙
酮分光光度法。
(3)測定準確性：從2種方法對9個未知樣品的含量測
定結(jié)栗可以看出．2種方法測得的結(jié)果相差很小，同一樣品2
種方法均可使用。但從樣品2，3，4和5，6，7的吸光度變化看
到．酚試劑的吸光度變化范圍較大，對甲醛的顯色反應(yīng)更敏
感．因為酚試劑分光光度法繪制曲線范圍?。栽趯Φ秃?
量樣品的測定中．乙酰丙酮分光光度法需要調(diào)整曲線范圍．
繪制小濃度曲線。
4結(jié)論
通過比對試驗．可知酚試劑分光光度法和乙酰丙酮分光
光度法原理相似，都是通過吸光度不同，測定甲醛含量；試驗
操作步驟簡單．容易實現(xiàn)；并且測定結(jié)果無顯著性差異。因
此．這2種方法都可供環(huán)境監(jiān)測人員用于對環(huán)境空氣的甲醛
濃度的測定。
參考文獻
1 胡春．酚試劑分光光度法測定室內(nèi)空氣中的甲醛濃度．工程質(zhì)量．
2002(11)
2王蘇勤：呂多佳．乙酰丙酮分光光度法測定室內(nèi)空氣中的甲醛．蘇州
大學(xué)學(xué)報(工科版)，2003(6)
(上接第90頁)
大．更多Zn被酸溶出，附著在飛灰表面。Pb、Cr、Cu、As等金
屬元素含量低于儀器檢測限．故未能檢測出。
3結(jié)論
以湖北某垃圾焚燒電廠采集的不同灰樣為研究對象．比
較了有機酸洗對飛灰重金屬的洗脫效果，得到以下結(jié)論：
(1)垃圾焚燒電廠煙氣處理工藝與飛灰粒徑及重金屬含
量有關(guān)．灰樣經(jīng)過脫酸塔處理后，除Cr外，其余5種金屬含
量均增高。脫酸后飛灰大粒徑灰樣較多，而脫酸前飛灰小粒
徑灰樣較多。
(2)醋酸及檸檬酸二次酸洗對飛灰重金屬的洗脫效果與
金屬種類有關(guān)。其中，0．50mol／L醋酸處理使得飛灰中Cr、As
毒性浸出量降低．而0．20mol／L檸檬酸處理則導(dǎo)致飛灰各重
金屬毒性浸出量升高。
(3)延長酸洗時間，可小幅度降低金屬的毒性浸出濃度，
但會增加能耗。其中Zn和Cu的浸出濃度在16 h酸洗后分
別降低34．2％和27．6％。
(4)SEM—EDS結(jié)果顯示，酸洗處理會破壞飛灰表面不規(guī)
則塊狀結(jié)構(gòu)，形成大量針狀晶體；且酸洗后飛灰表面Zn、Fe、
Al等金屬含量比例均增大。
參考文獻
1 鄭麗婷。劉陽生．水洗及酸洗過程對焚燒飛灰中Cu，Zn和Pb洗
脫率影響的試驗研究．北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，5(03)
2 陸魯．趙由才．生活垃圾焚燒飛灰預(yù)處理與穩(wěn)定化研究．環(huán)境衛(wèi)生
工程，2005，13(5)
3黃翠紅，孫道華，李清彪，等膏‘用檸檬酸去除污泥中鎘、鉛等研究．
環(huán)境污染與防治，2005，”(1)
4 HJtr 300—2007．固體廢物浸出毒性浸出方法一醋酸緩沖溶液法
5聶永豐．三廢處理工程技術(shù)手冊：固體廢物卷．北京：化學(xué)工業(yè)出版
社．2002

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