D0I:10.13374/j.issm1001053x.2006.01.004 第28卷第1期 北京科技大学学报 Vol.28 No.1 2006年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2006 危险废物焚烧飞灰中重金属污染特性 郭玉文王伟乔玮万晓叶暾旻卢欢亮 清华大学环境科学与工程系，北京100084 摘要以危险废物(70%工业废物+30%医疗废物)焚烧飞灰为研究对象，探讨了飞灰中重金属 污染特性及其主要化学形态、浓度分布规律，初步得出以下结论：危险废物焚烧飞灰中主要污染重 金属为Cd,Pb,Zn,其数量高于生活垃圾焚烧飞灰数倍，属于危险废物；飞灰中主要重金属以可溶 及交换态、残留态、Fe-Mn氧化物结合态为主要化学形态，其中As,Cr,Cu比较稳定，而Cd,Pb,Zn 易溶出进入环境；飞灰中Cd,Cu大体上呈易富集在小颗粒的趋势，P%,Z如集中分布在50~125， 125~250m的两个粒级 关键词危险废物；飞灰；焚烧；重金属 分类号X705 危险废物因其化学物质组成复杂、毒性大、具 有重要意义 腐蚀性等特点，是水、大气、土壤的重要污染源，对 环境危害很大，2002年，我国危险废物年产量约 1实验方法 为1000万t.由危险废物不合理堆置或排放引起 本研究实验材料取自上海某垃圾焚烧厂的危 的污染事故在世界上很多国家都有发生.诸如我 险废物焚烧飞灰.危险废物垃圾组成为70%工业 国20世纪50年代辽宁锦州的铬渣堆积引起的大 废物+30%医疗废物.分别采集垃圾焚烧系统的 约70km2范围内1000多口水井污染事故，60年 烟道飞灰和布袋飞灰，带回实验室内分别混匀， 代云南个旧砷渣排放进入个旧湖引起的3000多 测试项目及方法如下： 人亚急性中毒事故，以及日本的疼疼病（镉污染）、 (1)物质组成.样品在105℃烘干1h后，用 水俣病（汞污染）事故等等，这些事故说明危险废 XRF-1700测定其物质组成及数量. 物污染问题在世界很多国家都很突出. (2)粒径分布.使用Retch Control-g-200型 焚烧处理技术具有减量化效果好，可回收热 自动筛分机，将飞灰筛分为7级：<20m,20~38 能等特点，主要是适合于不宜循环利用或无法安um,38~50μm,50~125m,125~250μm,250~ 全填埋的危险废物.我国以工业废物为主的危险 500μum,>500um.计算不同粒径飞灰质量，求出 废物集中处理起步较晚，目前仅在上海、天津等少 各粒径所占比例，采集不同粒径飞灰样品并分别 数城市开展利用焚烧技术处理危险废物，废物焚 混匀. 烧处理后产生的固体物质主要是底灰和飞灰.焚 (3)密度.参照土力学实验方法，用比重瓶 烧改变了废物中重金属的形态，且飞灰中富集了 法[3]测定飞灰密度. 较高浓度的挥发态重金属12].有关垃圾焚烧飞 (4)比表面积.利用比表面积与孔隙度分析 灰中重金属的研究报道不多，其中涉及危险废物 仪(NOVA4000)测定比表面积. 的文献很少.因此，本研究以危险废物焚烧飞灰 (5)飞灰浸出毒性.采用美国EPA在原有危 为实验材料，研究其重金属污染特性，其结果对于 险废物提取方法基础上改进提出的TCLP(Toxi- 合理处理处置飞灰、减少飞灰引起的二次污染具 city Characteristic Leaching Procedure)浸出实验， 由于两种飞灰的pH<5.0(固液质量比为1：20)， 收稿日期：2004-11-20修回日期：200501-18 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.20277024):国家 选用浸提剂I(醋酸钠)浸提飞灰，过滤(0.45um) “863"高科技项目(No.2002AA644010):归国人员基金资助项目 后用ICP-AES测定As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn含 作者简介：郭玉文(1967一)，男，博士；王伟(1960一)，男，教授， 量. 博士 (6)重金属含量.分别使用未经筛分和筛分2 第 卷 第 1期 8 0 0 2 ` 年 月 i 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r a “ l o n U f i e 比 v y t i o S f c n i n a e 沈 d T e n o c h l o y g n 心 B g i o V l 。 o 2 N 8 。 1 n J a . 0 0 2 6 危险废物焚烧飞灰 中重金属污染特性 郭玉 文 王 伟 乔 玮 万 晓 叶墩 灵 卢欢 亮 清华大学环境科学与工程系 , 北京 1 0 0 0 8 4 摘 要 以危险废物 ( 70 % 工业废物 十 30 % 医疗废物 ) 焚烧 飞灰为研究对象 , 探讨了飞 灰 中重金属 污染特性及其主要化学形态 、 浓度分布规律 . 初步得出以 下结 论 : 危险废 物焚烧 飞灰 中主要污染重 金属为 C d , P b , Z n , 其数量高于生活垃圾 焚烧飞灰数倍 , 属 于危险废物 ; 飞 灰 中主要重金 属 以可溶 及交换态 、 残留态 、 F e 一 M n 氧化物结合态为主要化学形态 , 其 中 sA , Cr , C u 比较稳 定 , 而 dC , P b , nz 易溶 出进入环 境 ; 飞 灰 中 C d , C u 大体上 呈易富 集在小颗 粒的 趋势 , Pb , Z n 集 中分 布在 50 一 1 25 , 12 5 一 2 5 0 娜 的两个粒级 . 关键词 危 险废物 ; 飞 灰 ; 焚烧 ; 重金属 分类号 X 7 0 5 危 险废物因其化 学物质组成复杂 、 毒性大 、 具 腐蚀性等特点 , 是水 、 大气 、 土壤的重要 污染源 , 对 环境危 害很大 . 2 0 0 2 年 , 我 国危 险废物年产量 约 为 1 0 0 0 万 t . 由危险废物 不合理 堆置或 排放引起 的污 染事故在世界 上很多 国家 都有 发 生 . 诸如 我 国 2 0 世纪 50 年代辽宁锦 州 的铬 渣堆积 引起的大 约 7 0 k m Z 范 围内 1 0 0 0 多 口 水井污染事 故 , 60 年 代云南个 旧 砷渣 排放进 入个 旧 湖引起的 3 0 0 多 人亚急性 中毒事故 , 以及 日本的疼疼病 (锡污染 ) 、 水 误病 (汞 污染 )事 故等等 , 这 些 事故说 明危 险废 物 污染 问题 在世 界很多 国家都很突 出 . 焚烧处理 技 术具 有 减量化 效 果 好 , 可 回收 热 能等特点 , 主要是 适 合于 不宜循环 利用或无法安 全填埋 的危险废物 . 我国以工业 废物为主 的危险 废物集中处理起 步较晚 , 目前仅在上 海 、 天津等少 数城市开 展利用 焚烧技 术处 理 危险废 物 . 废 物 焚 烧处理后 产生 的固体物 质主 要是 底 灰和 飞灰 . 焚 烧改变了废物 中重金 属 的形 态 , 且 飞 灰 中富 集 了 较高浓度的挥发 态 重 金属 〔`侧 . 有 关垃圾 焚 烧飞 灰中重金 属的研究报道不 多 , 其中涉 及危 险废物 的文 献很 少 . 因 此 , 本研 究以危 险废物焚烧飞 灰 为实验材料 , 研究其 重金属 污染 特性 , 其结果 对于 合理 处理处 置飞 灰 、 减 少 飞灰 引起 的二 次 污染 具 收稿 日期 : 2 0 0 4 一 1 1 一 2 0 修回 B 期 : 2 0 0 5 一0 1 一 1 5 荃金项 目 : 国 家 自然 科 学 基金 资 助 项 目 ( N o 2 02 7 70 2 4 ) ; 国家 “ 5 6 3 ” 高科技项 目 ( N o . Zo o Z A A 6 4 4 o i o ) ; 归国人 员基金资助项 目 作者简介 : 郭玉 文 ( 1 967 一 ) , 男 , 博士 ; 王 伟 ( 1 960 一 ) , 男 , 教授 , 博士 有重要 意 义 . 1 实验 方法 本研 究实验材料取 自上海 某垃圾焚烧厂的危 险废 物焚烧飞 灰 . 危险废物垃圾组成为 70 % 工业 废物 + 30 % 医疗废物 . 分别采集 垃圾 焚烧系统的 烟 道飞 灰和 布袋飞 灰 , 带 回实验室 内分别混 匀 . 测试 项 目及方法 如下 : ( 1) 物质组成 . 样 品 在 1 05 ℃ 烘干 l h 后 , 用 X R F 一 1 7 0 0 测 定其物质组成及数量 . ( 2 ) 粒 径分布 . 使用 R e t e h oC n t r ol 一g 佗 0 0 型 自动筛分机 , 将飞灰筛分为 7 级 : < 20 拌m , 20 一 38 拌m , 3 8 一 5 0 拼m , 5 0 一 1 2 5 拼m , 12 5 一 2 5 0 拌m , 2 5 0 一 50 。 拼m , > 50 0 拼m . 计算不 同粒径飞 灰质量 , 求出 各粒 径所占 比例 , 采集不 同粒径 飞灰样 品并分别 混匀 . ( 3) 密 度 . 参 照 土 力学 实验 方法 , 用 比重 瓶 法 3j[ 测定 飞灰密 度 . ( 4) 比表面积 . 利用 比表面积与孔 隙度分析 仪 ( N O V 4A 0 0 0) 测 定 比表面积 . ( 5) 飞灰浸 出毒性 . 采用美国 E P A 在原有危 险废物提取方法基 础上改进提出 的 T C LP ( oT x i - e i t y e h a r a e t e r i s t i c L e a e h i n g P or e e d u r e ) 浸 出实 验 . 由于 两种 飞灰 的 p H < 5 . 0( 固液 质量 比为 1 : 2 0) , 选用浸提剂 工(醋酸钠 )浸提 飞灰 , 过滤 ( 0 . 45 拌m ) 后 用 IC P 一 A E S 测 定 sA , C d , C r , C u , N i , Pb , Z n 含 量 . ( 6) 重金 属含 量 . 分 别使 用未 经 筛分 和筛 分 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 01. 004