城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属的浸出特性及沥青固化飞灰的实验研究
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摘要
焚烧法处理城市生活垃圾符合减量化、无害化、资源化的“三化”原则，在国外已得到广泛应用，目前在我国正逐渐得到推广。然而焚烧法产生的飞灰浓缩了重金属，如果处理不当会产生二次污染，因此飞灰被认为是危险废物，必须进行特殊处理。
本文对采用流化床焚烧炉混烧垃圾和煤后的布袋飞灰的浸出特性和沥青、添加剂S和NaOH固化焚烧飞灰展开了基础实验研究。
对飞灰进行了重金属的TCLP浸出特性实验，探讨了液固比、初始pH值及浸出时间对飞灰中重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn的浸出影响。为飞灰的无害化处置提供科学依据。
对利用沥青固化城市生活垃圾焚烧飞灰的处理效果进行了实验研究。探讨了沥青与飞灰以不同比例混合对飞灰重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg固化效果的影响。并对垃圾焚烧飞灰用作沥青混凝土的细骨料的可行性进行了简单探讨。
综合考虑重金属的固化效果、容积变化以及处理成本，对沥青与飞灰的质量比(m_(AS)╱m_(FA)，其中AS代表沥青，FA代表飞灰)为0.2时作了进一步的研究，在此基础上加入不同比例的添加剂S和NaOH，研究添加剂对飞灰重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg的固化效果。选取了固化效果较好的飞灰混合物1(m_(AS)／m_(FA)=0.2，m_s／m_(As+FA)=0.067，m_(NaoH)／m_s=1.2)和飞灰混合物2(m_(AS)／m_(FA)=0.2，m_s／m_(As+FA)=0.1，m-(NaoH)／m_s=1.2)进行进一步的液固比和初始pH值浸出研究，以评价飞灰混合物中重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg在不同环境下的固化效果，并将其与未经处理的飞灰、m_(AS)／m_(FA)=0.2的飞灰沥青混合物中重金属的浸出情况比较。
Having the advantages of volume-reduction, weight-reduction and energy-recovery, incineration plays an important role in the disposal and utilization of municipal solid waste (MSW) and has been widely used abroad. Nowadays this technology is being popularized gradually in our country. However, the release of toxic substances such as heavy metals from MSWI fly ash will bring environmental problems. So MSWI fly ash should be treated before being landfilled.
The emphasis of this study is on the fundamental experiment of the leaching behavior of heavy metals from fly ash which is from co-firing coal with MSW(municipal solid waste) in fluidized bed incinerator, and solidification in treating MSWI fly ash by mixing with asphalt and additives (S and NaOH).
TCLP experiments have been performed to study the relationships between liquid-to-solid ratio (L/S), initial pH value, extraction time and leaching characteristics of heavy metals (Pb, Cr, Cd, Ni, Cu, Zn) in fly ash.
The influence of mAs/mpA on the immobilization of heavy metals (Pb, Cr, Cd, Ni, Cu, Zn, Hg) was investigated. In addition, potential application of MSWI fly ash in asphalt concrete was studied simply.
Considering the effect of solidification, the volume-change and the cost of disposal, the mixture (mAs/mFA =0.2) was further studied. For studying the effect of additives on immobilization, different mass of additives (sulfur and sodium hydroxide) were mixed with mixture of fly ash and asphalt based on the typical proportion. In order to evaluate the effect of solidification to fly ash in different leaching condition, the further leaching experiments about the fly ash mixture #l(mAs/mFA-0.2 , ms/mAS+FA=0.067 , mNaOH/ms=1.2) and the fly ash mixture #2 (mAs/mFA=0..2 , ms/mAs+FA =0.1? niNaOH/ms =1.2) were performed. Moreover, the comparison between heavy metals leachability from fly ash, the mixture of fly ash and asphalt (mAs/rnFA=0.2) and the fly ash mixture #1 and #2 was made.
本文对采用流化床焚烧炉混烧垃圾和煤后的布袋飞灰的浸出特性和沥青、添加剂S和NaOH固化焚烧飞灰展开了基础实验研究。
对飞灰进行了重金属的TCLP浸出特性实验，探讨了液固比、初始pH值及浸出时间对飞灰中重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn的浸出影响。为飞灰的无害化处置提供科学依据。
对利用沥青固化城市生活垃圾焚烧飞灰的处理效果进行了实验研究。探讨了沥青与飞灰以不同比例混合对飞灰重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg固化效果的影响。并对垃圾焚烧飞灰用作沥青混凝土的细骨料的可行性进行了简单探讨。
综合考虑重金属的固化效果、容积变化以及处理成本，对沥青与飞灰的质量比(m_(AS)╱m_(FA)，其中AS代表沥青，FA代表飞灰)为0.2时作了进一步的研究，在此基础上加入不同比例的添加剂S和NaOH，研究添加剂对飞灰重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg的固化效果。选取了固化效果较好的飞灰混合物1(m_(AS)／m_(FA)=0.2，m_s／m_(As+FA)=0.067，m_(NaoH)／m_s=1.2)和飞灰混合物2(m_(AS)／m_(FA)=0.2，m_s／m_(As+FA)=0.1，m-(NaoH)／m_s=1.2)进行进一步的液固比和初始pH值浸出研究，以评价飞灰混合物中重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg在不同环境下的固化效果，并将其与未经处理的飞灰、m_(AS)／m_(FA)=0.2的飞灰沥青混合物中重金属的浸出情况比较。
Having the advantages of volume-reduction, weight-reduction and energy-recovery, incineration plays an important role in the disposal and utilization of municipal solid waste (MSW) and has been widely used abroad. Nowadays this technology is being popularized gradually in our country. However, the release of toxic substances such as heavy metals from MSWI fly ash will bring environmental problems. So MSWI fly ash should be treated before being landfilled.
The emphasis of this study is on the fundamental experiment of the leaching behavior of heavy metals from fly ash which is from co-firing coal with MSW(municipal solid waste) in fluidized bed incinerator, and solidification in treating MSWI fly ash by mixing with asphalt and additives (S and NaOH).
TCLP experiments have been performed to study the relationships between liquid-to-solid ratio (L/S), initial pH value, extraction time and leaching characteristics of heavy metals (Pb, Cr, Cd, Ni, Cu, Zn) in fly ash.
The influence of mAs/mpA on the immobilization of heavy metals (Pb, Cr, Cd, Ni, Cu, Zn, Hg) was investigated. In addition, potential application of MSWI fly ash in asphalt concrete was studied simply.
Considering the effect of solidification, the volume-change and the cost of disposal, the mixture (mAs/mFA =0.2) was further studied. For studying the effect of additives on immobilization, different mass of additives (sulfur and sodium hydroxide) were mixed with mixture of fly ash and asphalt based on the typical proportion. In order to evaluate the effect of solidification to fly ash in different leaching condition, the further leaching experiments about the fly ash mixture #l(mAs/mFA-0.2 , ms/mAS+FA=0.067 , mNaOH/ms=1.2) and the fly ash mixture #2 (mAs/mFA=0..2 , ms/mAs+FA =0.1? niNaOH/ms =1.2) were performed. Moreover, the comparison between heavy metals leachability from fly ash, the mixture of fly ash and asphalt (mAs/rnFA=0.2) and the fly ash mixture #1 and #2 was made.
引文
[1] 宋玉银．现阶段国内外城市固体废弃物的治理技术与治理概况[J]．四川环境，1992，11(4)：64-67
[2] 周岳薇．北京市固体废弃物资源化的现状及对策[J]．环境保护，1998，(9)：44-46
[3] http://www.envir.gov.cn/info/2003/6/613096.htm
[4] 王国贞，刘贵明等．固体废物资源化处理与人类发展的关系[J]．中国资源综合利用，2002，5：35-37
[5] 姜凡，潘忠刚等．城市固体废弃物的燃烧特性实验研究[J]．热能动力工程，2001，16(1)：16-18
[6] 宋玉银．城市固体废弃物的治理技术[J]．环境科学技术，1991，4(2)：41-45
[7] 夏朝凤，张无敌．全球城市固体废弃物及其能源潜力概算[J]．云南师范大学学报，1998，18(2)：32-35
[8] 张无敌，刘士清等．城市固体废弃物及其资源潜力[J]．环境与开发，1996，11(4)：19-21
[9] 高吉喜，曹洪法等．我国城市固体废弃物现状及其处理处置规划探讨[J]．环境污染与防治，1994，16(4)：30-33
[10] http://www.ep168.com/news/detail_exhb.asp?id=176
[11] 邓义祥，田从华．我国固体废物的处理现状与对策，资源开发与市场，1999，15(2)：108-109
[12] 李润东．城市垃圾焚烧飞灰熔融过程的机理研究．浙江大学博士学位论文，2002．5
[13] 郭保国．我国城市生活固体废弃物的管理及防治对策[J]．洛阳农业高等专科学校学报，1999，19(4)：39-40
[14] 田文栋，魏小林等．城市固体废物的焚烧实验[J]．中国环境科学，2001，21(1)：49-53
[15] 殷兴军，许桂珍．论我国的城市固体废弃物[J]．辽宁城乡环境科技，1999，19(4)：54-58
[16] 张向东．我国城市固体废弃物的危害及处理[J]．求知，2000，(3)：22-25
[17] 凌加明，李茂德．城市固体废弃物处理技术比较[J]．能源研究与信息，1995，11(2)：35-40
[18] 董保澍．我国固体废弃物处理与利用现状及发展趋势[J]．冶金环境保护，1999(5)：2-14
[19] 朱金城．探索我国固体废弃物资源化综合利用产业化的道路[J]．再生资源研究，1999(5)：24-27
[20] 张益．我国生活垃圾处理技术的现状和展望[J]．环境卫生工程，2000，8(2)：81-84
[21] 李艳霞，王敏健等．城市固体废弃物堆肥化处理的影响因素[J]．土壤与环境，1999，8(1)：62-65
[22] 城市生活固体废弃物处理[J]．水利电力施工机械，1997，19(3)：45-47
[23] 李艳霞，王敏健等．固体废弃物的堆肥化处理技术[J]．环境污染治理技术与设备，2000，1(4)：39-45
[24] 李国刚，齐文启．城市垃圾及其它有害废物的焚烧处理技术现状与展望[J]．中国环境监测，1996，12(1)：41-44
[25] Jan Schmitt-Tegge, ect. Incineration of Hazardous and Municipal Waste, Waste Management & Research, 1995, 12:441-453
[26] 吴文伟，王伟．城市生活垃圾可转化性特性研究[J]．城市管理与科技，2002，4(4)：13-15
[27] 宋亚芝．我国城市垃圾现状与处理对策[J]．煤炭工程，2002，(3)：42-43
[28] R.Ibanez, A.Andres, et al. Characterisation and management of incinerator
wastes[J]. Journal of Hazardous Materials, 2000, A79:215-227
[29] S.Sakai, S.E.Sawell, et al. World trends in municipal solid waste management[J]. Waste Management, 1996, 16:341-350
[30] 夏朝凤，张无敌．全球城市固体废弃物及其能源潜力概算[J]．云南师范大学学报，1998，18(2)：32-35
[31] 刘宏伟．城市生活垃圾无害化、资源化处理初探[J]．经济与管理，2002，3：16
[32] 郑九龄，王维平等．谈谈城市垃圾治理[J]．矿冶．1999．18(2)：86-91
[33] 李延吉．李爱民等．城市固体废弃物无害化焚烧的探讨[J]．沈阳航空工业学院学报，2002，19(3)：67-70
[34] 陈尚兵，金浩等．城市垃圾焚烧处理中重金属和有机氯化物的二次污染与防治[J]．环境导报，1998，(6)：7-10
[35] S.Sakai, S.Urano, et al. Leaching behavior of PCBs and PCDDs/DFs from some waste materials[J]. Waste Management, 2000, 20:241-247
[36] M.Takaoka, N. Takeda, et al. The behavior of heavy metals and phosphorus in an ash melting process[J]. Wat. Sci. Tech., 1997, 36(11):275-282
[37] 陈德珍，张鹤声等．垃圾焚烧炉飞灰的低温玻璃固化初步研究[J]．上海环境科学，2002，21(6)：344-349
[38] Young Jun Park, Jong Heo. Conversion to glass-ceramics from glasses made by MSW incinerator fly ash for recycling[J]. Ceramics International, 2002, 28:689-694
[39] Masashi Kamon, Takeshi Katsumi, et al. MSW fly ash stabilized with coal ash for geotechnical application[J. Journal of Hazardous Materials, 2000,76,265-283
[40] 蒋建国，王伟等．重金属螯合剂处理焚烧飞灰的稳定性实验研究[J]．上海环境科学，2001，20(3)：134-136
[41] Kyung-Jin Hong, Shuzo Tokunaga, et al. Extraction of heavy metals from MSW incinerator fly ashes by chelating agents[J]. Journal of Hazardous Materials, 2000, B75:57-73
[42] H-P Bipp, P Wunsch, et al. Heavy metal leaching of fly ash from waste incineration with gluconic acid and a molasses hydrolysate[J]. Chemosphere, 1998, 36(11): 2523-2533
[2] 周岳薇．北京市固体废弃物资源化的现状及对策[J]．环境保护，1998，(9)：44-46
[3] http://www.envir.gov.cn/info/2003/6/613096.htm
[4] 王国贞，刘贵明等．固体废物资源化处理与人类发展的关系[J]．中国资源综合利用，2002，5：35-37
[5] 姜凡，潘忠刚等．城市固体废弃物的燃烧特性实验研究[J]．热能动力工程，2001，16(1)：16-18
[6] 宋玉银．城市固体废弃物的治理技术[J]．环境科学技术，1991，4(2)：41-45
[7] 夏朝凤，张无敌．全球城市固体废弃物及其能源潜力概算[J]．云南师范大学学报，1998，18(2)：32-35
[8] 张无敌，刘士清等．城市固体废弃物及其资源潜力[J]．环境与开发，1996，11(4)：19-21
[9] 高吉喜，曹洪法等．我国城市固体废弃物现状及其处理处置规划探讨[J]．环境污染与防治，1994，16(4)：30-33
[10] http://www.ep168.com/news/detail_exhb.asp?id=176
[11] 邓义祥，田从华．我国固体废物的处理现状与对策，资源开发与市场，1999，15(2)：108-109
[12] 李润东．城市垃圾焚烧飞灰熔融过程的机理研究．浙江大学博士学位论文，2002．5
[13] 郭保国．我国城市生活固体废弃物的管理及防治对策[J]．洛阳农业高等专科学校学报，1999，19(4)：39-40
[14] 田文栋，魏小林等．城市固体废物的焚烧实验[J]．中国环境科学，2001，21(1)：49-53
[15] 殷兴军，许桂珍．论我国的城市固体废弃物[J]．辽宁城乡环境科技，1999，19(4)：54-58
[16] 张向东．我国城市固体废弃物的危害及处理[J]．求知，2000，(3)：22-25
[17] 凌加明，李茂德．城市固体废弃物处理技术比较[J]．能源研究与信息，1995，11(2)：35-40
[18] 董保澍．我国固体废弃物处理与利用现状及发展趋势[J]．冶金环境保护，1999(5)：2-14
[19] 朱金城．探索我国固体废弃物资源化综合利用产业化的道路[J]．再生资源研究，1999(5)：24-27
[20] 张益．我国生活垃圾处理技术的现状和展望[J]．环境卫生工程，2000，8(2)：81-84
[21] 李艳霞，王敏健等．城市固体废弃物堆肥化处理的影响因素[J]．土壤与环境，1999，8(1)：62-65
[22] 城市生活固体废弃物处理[J]．水利电力施工机械，1997，19(3)：45-47
[23] 李艳霞，王敏健等．固体废弃物的堆肥化处理技术[J]．环境污染治理技术与设备，2000，1(4)：39-45
[24] 李国刚，齐文启．城市垃圾及其它有害废物的焚烧处理技术现状与展望[J]．中国环境监测，1996，12(1)：41-44
[25] Jan Schmitt-Tegge, ect. Incineration of Hazardous and Municipal Waste, Waste Management & Research, 1995, 12:441-453
[26] 吴文伟，王伟．城市生活垃圾可转化性特性研究[J]．城市管理与科技，2002，4(4)：13-15
[27] 宋亚芝．我国城市垃圾现状与处理对策[J]．煤炭工程，2002，(3)：42-43
[28] R.Ibanez, A.Andres, et al. Characterisation and management of incinerator
wastes[J]. Journal of Hazardous Materials, 2000, A79:215-227
[29] S.Sakai, S.E.Sawell, et al. World trends in municipal solid waste management[J]. Waste Management, 1996, 16:341-350
[30] 夏朝凤，张无敌．全球城市固体废弃物及其能源潜力概算[J]．云南师范大学学报，1998，18(2)：32-35
[31] 刘宏伟．城市生活垃圾无害化、资源化处理初探[J]．经济与管理，2002，3：16
[32] 郑九龄，王维平等．谈谈城市垃圾治理[J]．矿冶．1999．18(2)：86-91
[33] 李延吉．李爱民等．城市固体废弃物无害化焚烧的探讨[J]．沈阳航空工业学院学报，2002，19(3)：67-70
[34] 陈尚兵，金浩等．城市垃圾焚烧处理中重金属和有机氯化物的二次污染与防治[J]．环境导报，1998，(6)：7-10
[35] S.Sakai, S.Urano, et al. Leaching behavior of PCBs and PCDDs/DFs from some waste materials[J]. Waste Management, 2000, 20:241-247
[36] M.Takaoka, N. Takeda, et al. The behavior of heavy metals and phosphorus in an ash melting process[J]. Wat. Sci. Tech., 1997, 36(11):275-282
[37] 陈德珍，张鹤声等．垃圾焚烧炉飞灰的低温玻璃固化初步研究[J]．上海环境科学，2002，21(6)：344-349
[38] Young Jun Park, Jong Heo. Conversion to glass-ceramics from glasses made by MSW incinerator fly ash for recycling[J]. Ceramics International, 2002, 28:689-694
[39] Masashi Kamon, Takeshi Katsumi, et al. MSW fly ash stabilized with coal ash for geotechnical application[J. Journal of Hazardous Materials, 2000,76,265-283
[40] 蒋建国，王伟等．重金属螯合剂处理焚烧飞灰的稳定性实验研究[J]．上海环境科学，2001，20(3)：134-136
[41] Kyung-Jin Hong, Shuzo Tokunaga, et al. Extraction of heavy metals from MSW incinerator fly ashes by chelating agents[J]. Journal of Hazardous Materials, 2000, B75:57-73
[42] H-P Bipp, P Wunsch, et al. Heavy metal leaching of fly ash from waste incineration with gluconic acid and a molasses hydrolysate[J]. Chemosphere, 1998, 36(11): 2523-2533