試析固體廢棄物焚燒過(guò)程中鉻的釋放及脫除分析

才興

摘 要：該文介紹了焚燒法在處理固體廢棄物時(shí)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，對(duì)造成其劣勢(shì)的鉻釋放進(jìn)行了詳細(xì)分析，討論了不同因素對(duì)鉻釋放的影響與相應(yīng)的控制策略，并介紹了目前常用的鉻脫除技術(shù)能效，希望有助于重金屬污染的抑制。

關(guān)鍵詞：固體廢棄物 焚燒 鉻釋放 鉻脫除

中圖分類(lèi)號(hào)：X70 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（b）-0109-01

焚燒法仍是我國(guó)處理固體廢棄物的常用方式之一，但由于這種方法缺乏對(duì)重金屬鉻的專(zhuān)門(mén)處理方案，產(chǎn)生的毒性污染比較高，所以近些年來(lái)越發(fā)受到人們的質(zhì)疑。因此，有必要探討焚燒固體廢棄物時(shí)鉻的釋放機(jī)理以控制其釋放量，并采取適當(dāng)?shù)拿摮胧┮种聘叨拘糟t物質(zhì)的析出。

1 固體廢棄物的焚燒概述

1.1 使用焚燒法處理固體廢棄物的優(yōu)勢(shì)

在固體廢棄物的處理方法中，焚燒法是相當(dāng)傳統(tǒng)的一種，其有效性長(zhǎng)期以來(lái)是有目共睹的。焚燒法的具體優(yōu)勢(shì)包括以下幾種：其一，能令固體廢棄物大幅減量，通過(guò)焚燒處理的固體廢棄物，質(zhì)量和體積往往能減少90%以上；其二，能做到一定程度的無(wú)害化，不像填埋處理一樣會(huì)對(duì)土壤和水流造成污染；其三，部分固體廢棄物在焚燒后的殘?jiān)哂幸欢ǖ馁Y源價(jià)值，此外，焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱能也能作為能源使用。但是，近年來(lái)的固體廢棄物成分愈發(fā)復(fù)雜，焚燒中的各種污染物顯著增加，大幅削弱了焚燒處理無(wú)污染這一優(yōu)勢(shì)。

1.2 使用焚燒法處理固體廢棄物的缺陷

目前，以焚燒法處理固體廢棄物已經(jīng)屬于一種較為落后的處理方式，其主要的缺陷包括如下兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是在焚燒時(shí)無(wú)可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵和二氧化碳，前者會(huì)造成大氣污染，雖然現(xiàn)代焚燒大多使用煙塵凈化裝置予以控制，但由于煙塵原始濃度高，所以效果有限，后者則會(huì)加劇溫室效應(yīng)。第二點(diǎn)是隨著固體廢棄物的成分愈發(fā)復(fù)雜化，焚燒所生成的二次污染物越來(lái)越多，尤其是諸多重金屬元素，在焚燒的作用下會(huì)生成大量的有毒物質(zhì)。以本文所討論的鉻元素為例，在焚燒作用下，原本的正三價(jià)鉻會(huì)轉(zhuǎn)化為氧化物形態(tài)的正六價(jià)鉻混雜在殘?jiān)?，但也有一定量的正六價(jià)鉻不會(huì)轉(zhuǎn)化為氧化物直接進(jìn)入煙氣，這種正六價(jià)鉻的毒性是正三價(jià)鉻的百倍到千倍。因此，必須對(duì)正六價(jià)鉻的釋放加以控制，并采取適當(dāng)?shù)拿摮胧?/p>

2 固體廢棄物在焚燒時(shí)的鉻釋放

2.1 溫度對(duì)鉻釋放產(chǎn)生的影響

鉻作為一種重金屬，具有沸點(diǎn)高、蒸發(fā)壓力低的特點(diǎn)，揮發(fā)性較弱，所以推測(cè)溫度會(huì)改變蒸發(fā)壓力，進(jìn)而對(duì)其釋放產(chǎn)生影響。前人已經(jīng)針對(duì)這點(diǎn)進(jìn)行了具體的試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，溫度升高的確會(huì)造成總鉻與正六價(jià)鉻的釋放率提高，而且對(duì)總鉻的影響比對(duì)正六價(jià)鉻的影響更大。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度從800℃提升到1400℃時(shí)，正六價(jià)原本5.7%的釋放率會(huì)增加到13.1%，總鉻的釋放率更會(huì)從8.3%增加到19.6%。因?yàn)楣腆w廢棄物的焚燒一定會(huì)在高溫條件下進(jìn)行，所以控制溫度是控制鉻釋放的一種有效手段，在焚燒時(shí)避免使用過(guò)高的溫度可以降低總鉻與正六價(jià)鉻的釋放率。

2.2 時(shí)間對(duì)鉻釋放產(chǎn)生的影響

固體廢棄物的焚燒停留時(shí)間對(duì)鉻的釋放也有一定的影響，通過(guò)試驗(yàn)研究可知，這種影響主要是在正六價(jià)鉻的釋放上體現(xiàn)出來(lái)。在焚燒的前30min，總鉻與正六價(jià)鉻的釋放率都會(huì)緩慢增長(zhǎng)，但在停留時(shí)間超過(guò)30min之后，只有正六價(jià)鉻的釋放率會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，總鉻中的正三價(jià)鉻會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化成正六價(jià)鉻，鉻的總釋放率不再變化。根據(jù)這種時(shí)間影響規(guī)律可知，通過(guò)停留時(shí)間控制鉻的釋放較為困難，而且由于縮短停留時(shí)間與降低焚燒溫度存在一定的矛盾，所以通常不會(huì)運(yùn)用時(shí)間要素控制鉻的釋放。

2.3 氣氛對(duì)鉻釋放產(chǎn)生的影響

固體廢棄物在焚燒時(shí)的氣氛主要由氧氣和氮?dú)饨M成，所以其氣氛的變化就是氧氣和氮?dú)獾谋壤兓?。根?jù)相關(guān)試驗(yàn)，在其他條件相同的情況下，當(dāng)固體廢棄物完全在氮?dú)鈿夥罩腥紵龝r(shí)，總鉻的釋放率為13.3%，正六價(jià)鉻的釋放率為8.8；當(dāng)固體廢棄物完全在氧氣氣氛中燃燒時(shí)，總鉻的釋放率增加到16.5%，相反，正六價(jià)鉻的釋放率降低到了1.7%。這與氧氣對(duì)正三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為正六價(jià)鉻這一反應(yīng)的促進(jìn)作用有關(guān)，氧氣比例的增加令正六價(jià)鉻大量以氧化物的形態(tài)進(jìn)入殘?jiān)?，正六價(jià)鉻的釋放率自然也就下降了。因此，出于同時(shí)控制鉻釋放率和正六價(jià)鉻含量的考慮，通常加大焚燒氣氛中氮?dú)獾谋壤?，使焚燒在還原氛圍中進(jìn)行。

2.4 氯對(duì)鉻釋放產(chǎn)生的影響

氯對(duì)鉻釋放產(chǎn)生的影響來(lái)源于兩方面，一方面是氯的存在形式，另一方面是氯的含量。從存在形式來(lái)看，如果氯以PVC的形式存在于固體廢棄物中，則會(huì)對(duì)鉻的釋放起到更大的促進(jìn)作用，如果氯以氯化鈉的形式存在于固體廢棄物中，對(duì)鉻釋放起到的促進(jìn)作用相對(duì)較小。從含量來(lái)看，氯對(duì)總鉻和正六價(jià)鉻的影響有所不同，具體來(lái)說(shuō)，氯含量對(duì)總鉻的影響以0.1%為分界點(diǎn)，當(dāng)含量在0.1%以下時(shí)，釋放率和氯含量成正比，當(dāng)含量在0.1%以上時(shí)，氯含量的變化不會(huì)影響釋放率；氯含量對(duì)正六價(jià)鉻的影響以0.5%為分界點(diǎn)，當(dāng)含量在0.5%以下時(shí)，釋放率和氯含量成正比，當(dāng)含量在0.5%以上時(shí)，釋放率會(huì)隨氯含量的增高而輕微下降。

3 固體廢棄物在焚燒時(shí)的鉻脫除

目前，通常將二氧化硅和吸附劑混合以脫除焚燒煙氣里的鉻元素，常用的吸附劑包括氧化鋁、氧化鈣、沸石和膨潤(rùn)土。不同吸附劑對(duì)總鉻和正六價(jià)鉻的脫除效果有所不同，具體來(lái)說(shuō)，在脫除總鉻時(shí)，以膨潤(rùn)土的效果最好，其次是沸石，然后才是氧化鈣和氧化鋁，但在脫除正六價(jià)鉻時(shí)，效果最好的是氧化鈣，其次才是沸石、膨潤(rùn)土，效果最差的依然是氧化鋁。

會(huì)對(duì)鉻釋放產(chǎn)生較大影響的四項(xiàng)要素對(duì)鉻脫除的影響相對(duì)較小，舉例來(lái)說(shuō)，溫度變化對(duì)吸附劑吸附總鉻的能效幾乎完全沒(méi)有影響。但需要注意的是，由于部分吸附劑對(duì)正六價(jià)鉻的吸附反應(yīng)要達(dá)到一定溫度才能發(fā)生，所以這類(lèi)吸附劑的吸附效果受溫度影響較為明顯，例如需要1000℃才能對(duì)正六價(jià)鉻產(chǎn)生高吸附效果的氧化鈣。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)雖然在嘗試普及新式的固體廢棄物處理技術(shù)，但進(jìn)展比較緩慢，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，焚燒法仍會(huì)是我國(guó)處理固體廢棄物的主要方法之一。因此，普及和發(fā)展鉻的釋放控制與脫除技術(shù)具有非常現(xiàn)實(shí)的意義，有進(jìn)一步研究和發(fā)展的價(jià)值。

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