n-Al/CaO 分散混合體應(yīng)用于生活垃圾焚燒飛灰的重金屬固定與六氯苯脫氯效果研究

于書堯，杜 兵，阿曼角·巴黑多拉，耿 超，劉建國(guó)

（1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084；2.中國(guó)環(huán)境保護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 100082）

譯者： 于書堯；審查： 劉建國(guó)；單位： 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院

1 研究亮點(diǎn)

*利用球磨技術(shù)開發(fā)n-Al/CaO 納米分散混合體（下稱“n-Al/CaO”）并應(yīng)用于垃圾焚燒飛灰的固化穩(wěn)定化；

*經(jīng)處理焚燒飛灰中重金屬（銅、鋅、鉻、鎘、鎳、鉛） 的固定效率可達(dá)99.9%，六氯苯的破壞去除效率可達(dá)82.43%，實(shí)現(xiàn)了飛灰中重金屬固定與六氯苯同步降解去除。

2 背景

生活垃圾焚燒飛灰（下稱“飛灰”） 因其含有較高濃度重金屬與毒性有機(jī)物，在我國(guó)被列為危險(xiǎn)廢物。目前飛灰安全處置以固化穩(wěn)定化后進(jìn)入衛(wèi)生填埋場(chǎng)分區(qū)填埋為主，依靠水泥固化與螯合劑穩(wěn)定化，控制重金屬向環(huán)境遷移釋放，但此類方式易出現(xiàn)鉛浸出濃度超標(biāo)問題，且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物總量的削減。因此，本研究以同步實(shí)現(xiàn)重金屬固定與有機(jī)物去除為應(yīng)用目標(biāo)，開發(fā)反應(yīng)型固化穩(wěn)定化藥劑n-Al/CaO。

3 研究方法

采用行星式球磨機(jī)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下制備n-Al/CaO，飛灰取自華東某生活垃圾焚燒廠，額外添加六氯苯用于有機(jī)物去除試驗(yàn)；將n-Al/CaO 與飛灰按質(zhì)量比1∶9 添加混合，翻轉(zhuǎn)混合進(jìn)行固化穩(wěn)定化試驗(yàn)；采用XRF、XRD、SEM-EDS 等技術(shù)進(jìn)行元素、礦相、微觀形貌分析，采用HJ/T 300—2007 固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法對(duì)重金屬浸出濃度進(jìn)行測(cè)試，參考US EPA 1313 進(jìn)行體系酸中和容量測(cè)試，采用索氏提取與GC/MS 對(duì)體系有機(jī)物進(jìn)行提取測(cè)試。

4 主要研究結(jié)果

使用行星式球磨機(jī)制備n-Al/CaO，能夠有效細(xì)化、混合原材料顆粒。較高轉(zhuǎn)速（600 r/min） 時(shí)顆粒的破碎程度更高，產(chǎn)生大量新生表面；適量添加硬脂酸作為過程控制劑，能夠促進(jìn)顆粒的破碎與混合，減少材料粘壁、結(jié)塊，元素分布均勻程度顯著提升。最優(yōu)工藝為600 r/min 轉(zhuǎn)速、使用2%質(zhì)量比的硬脂酸、有效球磨時(shí)間60 min，此時(shí)材料N600-SA 的平均粒徑為164.4 nm，反應(yīng)活性高。

采用n-Al/CaO 對(duì)飛灰進(jìn)行固化穩(wěn)定化，對(duì)銅、鋅、鉻、鎘、鎳、鉛的固定效率可達(dá)99.9%，在最優(yōu)工藝條件下浸出濃度均可穩(wěn)定控制在生活垃圾填埋場(chǎng)入場(chǎng)要求以下。通過酸中和能力曲線測(cè)試，發(fā)現(xiàn)n-Al/CaO 增加了體系的酸堿緩沖能力，其固定重金屬的作用機(jī)理明顯區(qū)別于增強(qiáng)堿性的石灰固定技術(shù)。通過對(duì)反應(yīng)前后的物質(zhì)礦相進(jìn)行分析，證實(shí)反應(yīng)過程生成水鋁鈣石等新型礦物。六氯苯總量顯著降低，經(jīng)逐步脫氯轉(zhuǎn)化為五氯苯、四氯苯和三氯苯，無(wú)中間產(chǎn)物積累；未檢測(cè)到氯苯與二氯苯，推斷反應(yīng)中三氯苯易在飛灰等堿性表面開環(huán)裂解。最優(yōu)工藝條件下六氯苯的降解去除率可達(dá)82.43%。

5 結(jié)論與展望

運(yùn)用機(jī)械化學(xué)理論球磨制備n-Al/CaO，作為新型固化穩(wěn)定化材料施用于飛灰。研究中，水鋁鈣石的生成有效強(qiáng)化重金屬固定，鋁水反應(yīng)促使氯代有機(jī)物逐步降解。此種n-Al/CaO 材料在飛灰的同步重金屬固定與氯代有機(jī)物降解領(lǐng)域有巨大潛力，對(duì)其作用機(jī)理仍待深入探索。