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二次酸洗工艺对垃圾焚烧飞灰重金属脱除效果的影响研究

文档作者：王中页1 罗津晶1 季酷2 毛中建2 文档来源： 1厦门大学环境与生态学院环境科学研究中心 2新源中国环境科技责任有限公司		点击数：	更新时间： 2024年02月27日
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二次酸洗工艺对垃圾焚烧飞灰重金属脱除效果的影响研究
王中页1 罗津晶1季酷2毛中建2
(1厦门大学环境与生态学院环境科学研究中心福建厦门361005)
(2新源中国环境科技责任有限公司福建厦门361008)
摘要以某垃圾焚烧电厂采集的飞灰研究为例．在普通酸洗处理后加入有机酸二次酸洗。分析不同浓度酸液及酸洗时
间，对飞灰重金属的洗脱效果影响情况。
关键词飞灰二次酸洗重金属洗脱
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2013)02—089—03
酸溶液提取法是一种常见的针对垃圾飞灰重金属的处
理方法．由于高浓度H+存在时可提高飞灰中重金属的浸出
率．从而分离飞灰中的重金属．并通过重金属沉淀技术提取
酸洗液中的重金属成分。常用的提取液有盐酸、硫酸和硝酸．
它们对金属的浸出效率都较高⋯。郑丽婷等人比较了水洗、
酸洗以及水洗结合酸洗工艺对飞灰中重金属元素Cu、Z玎和
Pb洗脱率的影响，发现酸洗工艺后Cu、Zn的洗脱率大幅度
增加。Pb基本沉淀在酸洗后的残渣中。
然而，传统的无机酸洗存在很大不足，如硫酸、盐酸成本
较高、危险系数大、且硫酸不易将飞灰中Pb浸出等[2]。陆鲁
等人比较了盐酸、硫酸和碱溶液对飞灰中重金属的浸出效
果，发现盐酸、硫酸对zn、Fe等金属离子浸出率很高．但硫酸
浸出的缺点是不能将Pb浸出．因此必须在硫酸浸出后增加
其他的酸。
本文以湖北某垃圾焚烧电厂收集的飞灰为研究对象．在
传统的无机酸洗处理后加入有机酸二次酸洗[2引．考察二次
酸洗工艺对飞灰中重金属的洗脱效果．探讨不同有机酸种类
及酸洗时间对飞灰重金属洗脱效率的影响以及酸洗过程对
飞灰表面形貌的改变．以期为垃圾焚烧飞灰的重金属酸洗处
理工艺提供数据支持。
l材料与方法
1．1材料
实验所用飞灰样品采自湖北某生活垃圾焚烧发电厂静
电除尘器，采用随机采样法。根据飞灰来源的不同。将灰样标
记为H。、H：，其中l系列为焚烧烟气在脱酸塔前采集的灰
样。2系列为焚烧烟气经脱酸塔脱酸处理后采集的灰样。
1．2试验方法和仪器
飞灰的部分重金属总量测定采用USEPA 3052 HNO，+
HF+HCl03法微波消解灰样，使用ICP—MS电感耦合等离子
体质谱仪(Agilent 7500 Ce，美国)测定消解液重金属浓度；
毒性浸出实验严格按照脚厂II 300—2007固体废物浸出毒性
标准方法进行⋯．使用ICP—MS电感耦合等离子体质谱仪
(Agilent 7700X，美国)测定浸出液重金属浓度。使用场发射
扫描电子显微镜(Leo一1500，德国)对酸洗前后的飞灰样品进
行表面形貌观察和区域元素分布分析。飞灰粒径分布采用标
准筛分称重法。
在二次酸洗实验前．飞灰须先经过一定的预处理，预处
理操作分为两步：(1)水洗：称取一定量的原始飞灰，按照10：
1(L／kg)的比例与RO水混合均匀，振荡10min后将混合液过
过0．45Ixm混合纤维滤膜真空抽滤．滤饼干燥均化，记为水洗
灰；(2)酸洗：称取一定量水洗灰，按照40：1的酸灰比与酸洗
液(成分为硫酸和盐酸混合液)混合，振荡3h后将混合液过
过0．45p,m混合纤维滤膜真空抽滤，滤饼干燥均化。记为酸洗
灰AWF。
二次酸洗试验中，称取159干燥酸洗灰，按照40：1的酸
灰比与酸洗液混合均匀，放人恒温摇床在25℃、180rpm条件
下振荡。然后混合液过0．45txm混合纤维滤膜真空抽滤。滤液
使用ICP—MS测定酸洗液重金属离子浓度．滤饼在1050C下
干燥、均化后用于毒性浸出实验。实验中的酸洗液分别是
0．29mol／L、0．50mol／L、1．00mol／L醋酸和0．20mol／L柠檬酸．所
得到的酸洗灰依次标记为AWF一0．29C、AWF一0．50C、AWF一
1．00C和AWF—N。
2结果与讨论
2．1原始飞灰的主要组成及粒径分布
表1为原始飞灰样品中部分金属元素总量分布。从表中
可以看出．脱酸塔处理前后得到的飞灰样品中重金属含量有
一定差异，经过脱酸塔处理后，飞灰中大部分金属含量(除
Cr外)均高于未处理前样品．这说明飞灰中所含金属浓度与
烟气处理工艺有关。飞灰中Zn、Pb的含量远高于其他五种元
素，这主要是由于垃圾中的Zn、Pb经过高温焚烧后形成低熔
点的ZnCh和PbCl2，被飞灰吸附在表面[5]。而焚烧烟道中温
度较高，Hg主要以气态形式从灰样表面挥发，因此所有灰样
中Hg浓度为零。
表1 原始灰样部分金属元素含量分布mg／kg
表2为不同种类飞灰的粒径分布表。飞灰样品的粒径主
要分布在74～1491tm范围内，其中H：灰样中大粒径(149～
187．5p,m)-毪灰较H1飞灰多，为26．43％；Hl灰样中小粒径(小
于74p,m)-飞灰所占百分比高于H2飞灰，达到17．47％。垃圾
焚烧电厂烟气处理工艺对飞灰粒径大小有一定影响。
作者简介：王中页，-Jr，硕士研究生，主要从事大气污染物控制技术、材料吸附剂t受,l生A-向研究。
2013．N0．2．o 万方数据
2．2不同酸种类对飞灰金属浸出率的影响
在两次酸洗过程中，选取H。灰样为酸洗对象。经过水洗
酸洗预处理后，再分别以0．50mol／L、1．00mol／L醋酸和0．20
mol／L柠檬酸溶液作为酸洗液。酸洗3h，得到的灰样依次标
记为AWF一0．50C、AW-F—1．00C和AWF—N。根据不同酸种类
洗涤后酸洗灰重金属浸出量的不同，得到图l数据。从图中
可以看出．0．50molFL醋酸处理后的灰样中Cr和As毒性浸
出浓度较酸洗前有所减少。而Pb浸出浓度则显著增加．是未
处理前的3倍。这可能是由于醋酸可与Pb形成醋酸铅络合
物．将其从飞灰内部溶出并络合在表面．令Pb更容易被浸
出。随着醋酸浓度的增加．Cr的浸出量呈现先降低后增加的
趋势。其余5种金属的毒性浸出浓度无显著变化。柠檬酸因
其分子结构中含有3个羧基．酸性强于醋酸，经柠檬酸酸洗
处理后，灰样各金属毒性浸出浓度均升高。因此。一步酸洗处
理结束后增加二步酸洗．对飞灰重金属浸出毒性的降低与金
属种类有关．在实际工艺中可根据飞灰中金属元素的种类及
含量而选取不同的二步酸洗条件。
2．3酸洗时间对飞灰重金属浸出的影响
研究酸洗时间的作用时选取H2灰样中Cd、Pb元素作为
研究对象．以0．29mol／L醋酸溶液作为酸洗液，酸洗时间分别
为lh，2h。3h，8h和16h，得到不同酸洗时间处理下灰样毒性
浸出浓度对比。如图2所示。酸洗时间的延长对飞灰中Cr、
Pb的洗脱效果影响不大。飞灰中Cd、Pb的毒性浸出浓度基
本保持不变。随着酸洗的增加．飞灰中Cu的浸出浓度呈现
先升高后降低的趋势．As的浸出浓度则随时间的增加而增
加。酸洗时间的延长，可以小幅度降低大部分金属的毒性浸
出浓度．但延长酸洗时间会导致能耗增多．增加工艺的运行
成本．在实际应用时需要根据情况进一步调试出最佳时间。
2．4酸洗前后飞灰表面形态分析
图3中A～D分别为H，灰样在不同酸洗处理过程中所
得灰样的扫描图，放大倍数为50万倍。从图中可以看出，H。
灰样(图A)颗粒呈不规则结构，且分布稀松、不同结构间存
在大量空隙：有机酸洗后．灰样的表面不规则结构被破坏，出
现针状晶体。图B．C为不同浓度醋酸洗涤后的灰样，随着醋
酸浓度的增加．飞灰表面出现的针状晶体增多。且其表面堵
塞大量负载物情况．这可能是由于大量醋酸进入飞灰的孑L隙
结构中，破坏孔墙；而酸洗后存在大量金属络合物(如醋酸铅
络合物)。粘附在针状晶体上。柠檬酸与醋酸相比，酸洗的破
坏性较弱．产生的针状晶体较少．但表面仍粘附大量金属络
合物。
EDS能谱得到灰样表面元素的质量分布。如表3所示。
飞灰的主要成分包括C、O、C1、Ca、Na等无机元素及Zn、Pb
表2不同飞灰粒径分布表
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图1 不同酸种类对酸洗灰重金属浸出浓度的影响
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图2 酸洗时间对飞灰重金属浸出浓度的影响
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图3不同灰样的SEM扫描谱图
A：H1；B：AWF-O．29 C；C：AWF-0．50 C；D：AWF-N
等金属元素，其中元机元素占90％l?2_k，Zn、Fe等金属元素
含量较少。酸洗后，飞灰表面的Zn、Fe、Al等金属含量均增
表3不同灰样表面部分元素质量分数分布％
2013．N0．2．o
(下转第92页)
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万方数据
表5酚试剂分光光度法测得的试验结果
知样品进行甲醛测定．根据绘制的曲线计算所测未知样品含
量．得到结果见表5。
3．2乙酰丙酮分光光度法实验测定结果
(1)标准曲线绘制。根据乙酰丙酮分光光度法测定的标
准曲线数据见表6．测定的标准曲线为：
y=0．021x+1．16x10-3,／=0．9998
(2)对未知样品的测定。用乙酰丙酮分光光度法对9个
表6乙酰丙酮分光光度法标准曲线
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
未知样品进行甲醛测定．根据绘制的曲线计算所测未知样品
含量，得到结果见表7。
表7 乙酰丙酮分光光度法测得的试验结果
3．3 2种方法测定结果比较
(1)试验原理：酚试剂分光光度法和乙酰丙酮分光光度
法实验原理相似．都是利用溶液的显色反应，通过吸光度不
同．测定甲醛含量。
(2)试验步骤：酚试剂分光光度法和乙酰丙酮分光光度
法实验仪器一样，操作步骤相似，操作简单，容易实现。酚试
剂分光光度法标准曲线绘制范围在0．056～2．0p,g：乙酰丙酮
分光光度法标准曲线绘制范围在0～35．0斗g。从标准曲线绘
制的方法可以看出．酚试剂分光光度法测定范围小于乙酰丙
酮分光光度法。
(3)测定准确性：从2种方法对9个未知样品的含量测
定结栗可以看出．2种方法测得的结果相差很小，同一样品2
种方法均可使用。但从样品2，3，4和5，6，7的吸光度变化看
到．酚试剂的吸光度变化范围较大，对甲醛的显色反应更敏
感．因为酚试剂分光光度法绘制曲线范围小．所以在对低含
量样品的测定中．乙酰丙酮分光光度法需要调整曲线范围．
绘制小浓度曲线。
4结论
通过比对试验．可知酚试剂分光光度法和乙酰丙酮分光
光度法原理相似，都是通过吸光度不同，测定甲醛含量；试验
操作步骤简单．容易实现；并且测定结果无显著性差异。因
此．这2种方法都可供环境监测人员用于对环境空气的甲醛
浓度的测定。
参考文献
1 胡春．酚试剂分光光度法测定室内空气中的甲醛浓度．工程质量．
2002(11)
2王苏勤：吕多佳．乙酰丙酮分光光度法测定室内空气中的甲醛．苏州
大学学报(工科版)，2003(6)
(上接第90页)
大．更多Zn被酸溶出，附着在飞灰表面。Pb、Cr、Cu、As等金
属元素含量低于仪器检测限．故未能检测出。
3结论
以湖北某垃圾焚烧电厂采集的不同灰样为研究对象．比
较了有机酸洗对飞灰重金属的洗脱效果，得到以下结论：
(1)垃圾焚烧电厂烟气处理工艺与飞灰粒径及重金属含
量有关．灰样经过脱酸塔处理后，除Cr外，其余5种金属含
量均增高。脱酸后飞灰大粒径灰样较多，而脱酸前飞灰小粒
径灰样较多。
(2)醋酸及柠檬酸二次酸洗对飞灰重金属的洗脱效果与
金属种类有关。其中，0．50mol／L醋酸处理使得飞灰中Cr、As
毒性浸出量降低．而0．20mol／L柠檬酸处理则导致飞灰各重
金属毒性浸出量升高。
(3)延长酸洗时间，可小幅度降低金属的毒性浸出浓度，
但会增加能耗。其中Zn和Cu的浸出浓度在16 h酸洗后分
别降低34．2％和27．6％。
(4)SEM—EDS结果显示，酸洗处理会破坏飞灰表面不规
则块状结构，形成大量针状晶体；且酸洗后飞灰表面Zn、Fe、
Al等金属含量比例均增大。
参考文献
1 郑丽婷。刘阳生．水洗及酸洗过程对焚烧飞灰中Cu，Zn和Pb洗
脱率影响的试验研究．北京大学学报(自然科学版)，2009，5(03)
2 陆鲁．赵由才．生活垃圾焚烧飞灰预处理与稳定化研究．环境卫生
工程，2005，13(5)
3黄翠红，孙道华，李清彪，等膏‘用柠檬酸去除污泥中镉、铅等研究．
环境污染与防治，2005，”(1)
4 HJtr 300—2007．固体废物浸出毒性浸出方法一醋酸缓冲溶液法
5聂永丰．三废处理工程技术手册：固体废物卷．北京：化学工业出版
社．2002

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