第24卷 第4期
2005年 7月环 境 化 学ENVIRONMENTAL CHEMISTRY VOI.24，NO.4JuIy 2005
2004年11月4日收稿. !国家建设部2003年科学技术项目计划—
——科技攻关项目（03-2-051）和上海市科学技术委员会2003年度重点科技攻关课题（032312043）资助.!!通讯作者，sOIidwaste@maiI.
冯军会1 何品晶1!! 曹科1 章 骅1 张沛君2
（1 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海，200092；
2 上海市浦东新区环境保护和市容卫生管理局市容卫生管理处，上海，200135）
摘 要 考察不同浸出条件对垃圾焚烧发电厂烟气净化系统飞灰中重金属浸出特性的的影响.研究表明：
飞灰浸出时，受飞灰自身性质的影响，翻转式摇床混合和水平振荡摇床混合对飞灰中重金属浸出量的影响
不明显；混合81可使浸出体系达到溶解平衡，161静置过程对飞灰中重金属溶出的影响不明显；增加浸取
剂离子强度对飞灰来说并不会增加重金属元素的溶出；加大液固比（L /S ）对飞灰中Pb ，Ni 和Cd 的浸出
仅起稀释作用，而Cu ，Zn ，Cr 和Hg 在L /S <10时浸出液的浓度变化不大，L /S >10时被稀释；在高H +浓 度时飞灰中重金属的浸出率大大增加，浸取剂中H +对各元素浸出的影响程度为Pb "Zn >Cu >Cd >Ni >Cr
>As >Hg ；在中低H +浓度时，醋酸浸出液中重金属的浓度高于硝酸浸出液，而在>0.2mOI ·I -1的酸浸取
液中，硝酸浸出液中重金属（Hg 除外）的浓度大于醋酸浸出液.
关键词 垃圾焚烧，飞灰，重金属，浸出影响.
生活垃圾焚烧厂烟气净化系统飞灰（APC residues ，以下简称飞灰）属于危险废物，在贮存、运输和处理过程中，由于雨水、地表水、地下水或海水等液体的渗入，都会使飞灰中的污染物（特别是
重金属）随着液体的渗出发生迁移，而对周围环境造成危害［1］.
本文研究了混合方式、反应时间、离子强度、液固比、H +浓度、酸液种类对飞灰中重金属浸出的影响，探讨飞灰中重金属的浸出机理，为预测飞灰在贮存运输和处理处置过程中的浸出行为提供依据.1 实验部分
实验样品取自上海某生活垃圾焚烧发电厂灰斗，该厂采用炉排炉焚烧原生垃圾，烟气净化工艺采用半干法+活性炭吸附+袋式除尘.
浸出实验以危险废物浸出毒性浸出方法标准———水平振荡法浸出程序（GB5086.1-1997）［2］为基
准，改变浸出实验参数（表1），研究各因素变化对飞灰中重金属浸出特性的影响.
表1 飞灰浸出实验参数
Table 1 Parameters Of APC residues Ieac1ing test
影响因子
实验参数参数变化混合方式
L /S =10，浸取剂为蒸馏水，混合81，0.45!m 滤膜抽滤采用翻转式摇床或水平振荡摇床混合反应时间
L/S =10，浸取剂为蒸馏水，水平振荡81，0.45!m 滤膜抽滤直接抽滤或静置161后抽滤离子强度
L /S =10，水平振荡81后用0.45!m 滤膜抽滤浸取剂分别为0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%NaCI 溶液L /S
浸取剂为蒸馏水，水平振荡81后用0.45!m 滤膜抽滤L /S 取2，5，10，20，100，1000H +浓度
L /S =10，水平振荡81后用0.45!m 滤膜抽滤浸取剂分别为NaOH 溶液（0.01mOI ·I -1）、蒸馏水、HNO 3溶液（0.01mOI ·I -1—2.0mOI ·I -1）酸液种类L /S =10，水平振荡81后用0.45!m 滤膜抽滤
浸取剂：HNO 3溶液（0.02mOI ·I -1—2.0mOI ·I -1），
HAc 溶液（0.02mOI ·I -1—2.0mOI ·I -1）
4期冯军会等：垃圾焚烧飞灰中重金属浸出的影响因素439 2 结果与讨论
2.1 混合方式
选择美国毒性浸出程序（Toxicity Characteristic Leaching Procedure ，TCLP ［3］）所采用的翻转式
摇
床（30r ·min -1）和我国危险废物浸出毒性浸出方法标准（GB5086.1-1997）的水平振荡摇床（110r ·min -1，振幅40cm ）进行浸出实验，比较其混合效果（图1）.尽管翻转式摇床混合对飞灰中Cr ，Cu ，Zn 和Pb 的浸出量比水平振荡摇床混合浸出量略高，但由于飞灰颗粒很小（<300!m ），比表面积大，其浸出过程所受传质阻力较小，混合方式对飞灰中重金属的浸出量影响不明显.
2.2 反应时间
我国危险废物浸出毒性浸出方法标准（GB5086.1-1997）中规定，经过8h 水平振荡后的灰水混合物还须静置16h 方可抽滤.本实验中对比了经过16h 静置和未经静置的飞灰中重金属的溶出量，结果如图2所示.由图2可以看出，静置前后飞灰浸出液浓度变化不大，水平振荡8h 已能够达到反应平衡，静置过程对飞灰中重金属的溶出影响不明显.
图1 混合方式对浸出的影响
Fig.1 Influence of rotary agitator on leaching 图2 反应时间对浸出的影响Fig.2 Influence of retention time on leaching
2.3 离子强度
溶液中大量NaCl 的存在会促进某些重金属（如Pb 和Zn ）的浸出［4，5］，但本实验中，向飞灰浸取剂
中添加NaCl ，重金属的浸出量没有增加（图3）.从飞灰的成分分析（表2），推测其原因为飞灰本身已
含有高浓度的盐分（>20%）［6］，在高含盐量的飞灰浸出液中，继续增加离子强度对重金属的浸出已无
明显作用.因此，在高离子强度环境中（如海水浸泡下），飞灰中的重金属浸出并不会被促进.
图3 离子强度对浸出的影响
Fig.3 Influence of ion intensity on leaching
2.4 液固比
当溶液中某种污染物溶出量恒定（如全部溶解）时，液固比（L /S ）的增加对其仅起稀释作用，浓度与液固比成反比，反映在图上即溶出量恒定曲线（图4）；而溶解度小的物质在各种液固比下平
440环境化学24卷
衡浓度保持恒定，与液固比无关.飞灰中Pb，Ni和Cd的水溶部分，在L/S=2时已几乎全部溶出，其浸出浓度随液固比增大的变化趋势与溶出量恒定曲线重合，加大L/S仅仅起稀释作用；Cu，Zn，Cr和Hg的溶出在L/S<10时受溶解度影响，浸出液浓度变化不大，L/S>10时被稀释.
表2 飞灰的主要元素（>1%）组成（%）
Table2 Major element（>1%）composition of APC residues
Ca Cl-!Na K Mg Fe S C
13.4—36.88.4—11.0! 2.40—5.62 2.20—3.96 1.36—3.54 1.54—2.86 2.21—2.650.94—1.55
!溶解性Cl-，采用GB7871-87森林土壤性盐分分析中的AgNO3滴定法测得.
图4 液固比对浸出的影响
Fig.4 Influence of liguid to solid ratios on leaching
2.5 H+浓度
从飞灰中重金属的形态分布［6］可知，可溶性重金属（尤其是Cu，Pb和Zn）主要以酸溶态为主，
等未因此，H+浓度直接影响飞灰中重金属的浸出浓度（如图5）.由于飞灰中含有CaO和Ca（OH）
2
反应试剂以及金属氧化物、氢氧化物等碱性物质［7，8］，飞灰的pH缓冲能力较大，当H+浓度增至0.
6 mol·l-1时，飞灰浸出液仍呈碱性（pH=8.4），几种重金属浸出浓度基本不变或略有增加.由于Pb 为两性金属，当pH由>12降至10.8时，浸出液中Pb浓度从接近100mol·l-1降到1.5mol·l-1，直至pH<7后Pb的浸出量才又明显上升.Zn也有类似的性质，而其余重金属只有在酸性条件下溶出量才会明显增加，H+浓度的影响程度分别为：Pb"Zn>Cu>Cd>Ni>Cr>As>Hg.
图5 H+浓度对浸出的影响
Fig.5 Influence of H+ion concentration on leaching
2.6 浸取剂酸液种类
选取不同浓度的硝酸和醋酸（填埋场中易腐垃圾水解酸化的主要产物）对飞灰进行浸取，结果如图6
和图7所示.由于飞灰具有较高的pH缓冲能力，在酸浓度<0.10mol·l-1时，飞灰浸出液的pH差别不大（pH=11.73—13.39，图6）.在中低浓度时（对于As和Cd约为0.02—0.10mol·l-1；对于Cr，Ni，Pb和Zn约为0.05—0.20mol·l-1；对于Cu和Hg则分别为0.02—0.20mol·l-1和
4期冯军会等：垃圾焚烧飞灰中重金属浸出的影响因素44l 图6 浸取剂酸液种类对pH 影响Fig.6 InfIuence Of acid type On pH vaIue
0.02—l.0mOI ·I -l ），因有机官能团的络合作用，醋酸浸
出液中的重金属浓度高于硝酸浸出液.如果飞灰与原生垃
圾混合填埋，有机物降解过程中产生的有机酸（一般情况
下浓度低于0.20mOI ·I -l ）将可能促进飞灰中重金属的溶
出.而在>0.20mOI ·I -l 的酸浸取液中，同等浓度下，HNO 3
使浸出体系的pH 值降低趋势明显（图6），从而使浸出液
中AS ，Cd ，Cr ，Cu ，Ni ，Pb 和Zn 的浓度大于醋酸浸出液；
但随着酸液浓度的进一步上升（>l.0mOI ·I -l ），浸出液中重
金属的浓度趋于一致（Hg 除外），飞灰中可溶性重金属几
乎全部溶出
.图7 浸取剂酸液种类对浸出的影响
Fig.7 InfIuence Of acid type On Ieaching
3 结论
（l ）尽管翻转式摇床混合对飞灰中Cr ，Cu ，Zn 和Pb 的浸出量比水平振荡摇床混合的浸出量略高，但受飞灰自身性质的影响，混合方式对飞灰中重金属浸出量的影响不明显.
（2）飞灰中重金属的溶出受反应时间的影响较小，水平振荡8h 已能够达到反应平衡，危险废
442环境化学24卷
物浸出毒性浸出方法标准规定的16h静置过程对飞灰中重金属的溶出影响很小.
（3）增加浸取剂的离子强度（如海水浸泡）对于飞灰中重金属的溶出没有明显促进作用.
（4）飞灰中Pb，Ni和Cd的水溶部分，在L/S=2时已几乎全部溶出，加大L/S仅仅起稀释作用；Cu，Zn，Cr和~g在L/S<10时浸出液浓度变化不大，L/S>10时被稀释.
（5）飞灰具有较高的p~缓冲能力.~+浓度对各元素浸出的影响程度分别为：Pb"Zn>Cu> Cd>Ni>Cr>A
s>~g.保持飞灰所处流体环境的p~值在中性或偏碱性有利于抑制重金属的迁移.
（6）在中低酸浓度时，醋酸浸出液中重金属的浓度高于硝酸浸出液.而在>0.20moi·i-1的酸浸取液中，硝酸浸出液中As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb和Zn的浓度大于醋酸浸出液.
参考文献
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INFLUENCE FACTORS OF HEAVY METALS LEACHING
FROM AIR POLLUTION CONTROL RESI UES
FENG Jun-hui1HE Pin-jing1CAO Oun-ke1ZHANG Hua1ZHANG Pei-jun2（1 State Key Laboratory of Poiiution Controi&Resources Reuse，Tongji University，Shanghai，200092；
2 Environment Protection and City Sanitation Management Bureau of Shanghai Pudong New Area，Shanghai，200135）
ABSTRACT
Study was carried out on the impact of extraction conditions on ieaching characteristics of heavy metais in the air poiiution controi（APC）residues from municipai soiid waste incinerator.It was conciuded that rotary agitation and horizontai vibration obtained simiiar effect on heavy metais ieaching due to the character of APC residues.8hours of shaking time was iong enough for the ieaching system to reach dynamic eguiiibrium，and the heavy metais contents showed iittie variation after the mixture was set down for16hours.Because of the high content of soiubie sait in the APC residues，enhancing the ion intensity of the ieachant did not promote heavy metais soiubiiity.Leaching behavior of heavy metais varied with the iiguid to soiid（L/S）ratios.For Pb，Ni and Cd，their concentrations in the eiute decreased with the L/S ratio due to diiution，so did Cu，Zn，Cr and~g under high L/S ratio（>10）.Whiie the L/S ratio was iess than10，the ieaching concentration of Cu，Zn，Cr and~g changed iittie.When~+concentration increased，the ieaching ratio of heavy metais increased obviousiy with the order of Pb"Zn>Cu>Cd>Ni>Cr>As>~g.The concentrations of heavy metais in organic acid ieachates were higher than that in inorganic acid ieachates when the acid concentration was iow，whiie when the acid concentration was more than0.2moi·i-1，the content of heavy metais（except ~g）in inorganic acid was higher than that in organic acid.
Keywords：soiid waste incinerator，APC residues；heavy metais，ieaching impact.
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