醫(yī)療垃圾焚燒飛灰的酸浸及硫化

孫慶乾

濰坊市園林環(huán)衛(wèi)服務(wù)中心 山東濰坊 261011

1 材料和方法

1.1 飛灰元素組成和實驗方法

研究以中國南方某醫(yī)療廢物焚化產(chǎn)生的飛灰為研究對象。爐內(nèi)空氣污染控制裝置分別為活性炭噴射裝置、袋式除塵器、急冷裝置和濕法除酸塔。在穩(wěn)定運行期間，從布袋除塵裝置中采集灰分樣品。采用mds-6 型微波消解儀和aas-600 原子吸收光譜儀測定了粉煤灰中的重金屬。采用飛灰重金屬含量、浸出濃度和危險廢物鑒別標準[1]。采用HJ/T299-2007《固體廢物浸出毒性- 硫酸- 硝酸法》。針對重金屬CD、Cr 含量較低，浸出濃度較低的特點，本文重點研究了鉛、銅、鋅三種重金屬。

1.2 分析方法和實驗的步驟

用鹽酸和去離子水制備不同pH 值的萃取劑。根據(jù)不同的液固比（L/S=5/1、10/1、20/1、30/1 和40/1）制備粉煤灰和萃取劑。礦漿在scgz-211b 型振動篩上以3600r/h 的速度振動不同時間（10-60min），振蕩結(jié)束后，過濾浸出液，用原子吸收光譜法分析重金屬濃度，并對殘余灰分進行消解，分析重金屬含量，計算其含量重金屬的質(zhì)量平衡。粉煤灰中重金屬的酸浸率是酸浸后溶液中重金屬浸出量與原灰中重金屬總量的比值。硫化實驗中，在酸浸液中加入不同摩爾比（0．5-2．0）的Na2S 溶液（Na2S·9h2o），在振動臺上以3600r/h 的速度進行硫化振蕩。振蕩后，過濾飛灰/Na2S 溶液，測定濾液中重金屬離子濃度。重金屬的硫化速率為重金屬與重金屬硫化物的比值，按式x=（nm-Na）/nm×100%計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 飛灰浸酸

2.1.1 pH 值的影響

研究不同pH 值的鹽酸對粉煤灰（L/S=20/1，t= 三十分鐘）中重金屬的影響。在低pH 下，重金屬化合物被酸化成離子態(tài)。隨著pH 值的增加，濾液中重金屬離子濃度降低，說明pH 值越高，重金屬化合物不易溶解，仍以結(jié)合態(tài)或氧化態(tài)存在，可溶性重金屬離子進入離子態(tài)的濃度降低。

2.1.2 酸浸時間的影響

實驗在三十分鐘前，酸浸速率隨時間逐漸增加，然后逐漸趨于平衡，因為可溶性重金屬鹽在溶液中的水溶性在一定時間內(nèi)穩(wěn)定，溶液達到離子平衡狀態(tài)，離子濃度趨于穩(wěn)定[2]。長期以來，溶液pH 值略有升高，溶液中有少量金屬陽離子灰吸附在粉煤灰顆粒表面，三十分鐘后，鉛、銅的酸浸率略有下降。

2.1.3 液固比（L/S）的影響

當液固比小于20/1 時，重金屬的酸浸率顯著提高，鋅、鉛、銅的酸浸率分別達到91．29%、79．18% 和85．67%。隨著液固比的增加，酸浸速率趨于平衡。

2.2 浸出液中重金屬的硫化沉淀

2.2.1 Na2S 摩爾比的影響

通過浮選將重金屬轉(zhuǎn)化為硫化物。Na2S 用量、溶液pH 值、固化時間等參數(shù)都會影響重金屬的硫化效果。Na2S 的用量由浸出液中鋅、鉛、銅的總量決定。濾液加入Na2S 溶液中，重金屬離子與S2- 反應(yīng)生成金屬硫化物，少量S2- 與水中O2+ 結(jié)合生成SO42-，少量Na2S- 加入Na2S 溶液S2- 在強酸條件下與H+ 反應(yīng)生成H2S 氣體。

2.2.2 硫化時間的影響

因為濾液中可溶的重金屬離子如氯化物和氧化物迅速轉(zhuǎn)化為硫化物，然后不溶性的氧化物和氫氧化物也會轉(zhuǎn)化。不一樣的重金屬化合物硫化物轉(zhuǎn)化可能引起復(fù)雜的反應(yīng)。鋅在0．5h 和1h 的硫化率分別為85．47% 和87．39%，這可能與粉煤灰中剩余未反應(yīng)部分進入SiO2 晶格和Al2O3 有關(guān)。

2.2.3 pH 值的影響

隨著pH 值的增加，粉煤灰中重金屬的硫化速率降低，當pH值大于或等于4 時，粉煤灰中重金屬的硫化速率均小于30%。pH=2 時， 鋅、 鉛、 銅 的 硫 化 率 分 別 為85．47%、72．78% 和77．56%，pH=2 的酸浸灰渣中重金屬的浸出濃度滿足生活垃圾填埋場允許的填埋濃度限值。

2.3 殘灰特性分析

2.3.1 飛灰物相經(jīng)過酸洗的改變

與粉煤灰樣品有關(guān)的這些峰晶體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。酸洗粉煤灰的峰值與原灰相似。原灰的主要晶相為CaSO4、SiO2、NaCl、KCl 等，這與醫(yī)療廢物中PVC 塑料和消毒劑含量高有關(guān)，從而帶來大量含氯粉煤灰[3]。酸浸后，大部分的酸溶性化合物如氯化物、Fe2O3和MgO 被去除，在2θ=31．6°和45．4°時峰減少或消失。

2.3.2 浸出毒性的殘灰重金屬

原灰中鋅、鉛、鎘含量明顯超過生活垃圾填埋允許限值，pH ≥3 的殘灰中鉛、鎘均有不同程度的超標。這其實是因為醫(yī)療廢物中作為穩(wěn)定劑和塑料顏料含有較多的鎘。

3 結(jié)語

本篇通過研究操作參數(shù)對粉煤灰中重金屬的酸浸率和硫化速率的影響，將反應(yīng)前后粉煤灰中重金屬的含量進行比較，得出以下結(jié)論。一，粉煤灰中氯化物含量為35．5%。確定了醫(yī)療廢物焚燒飛灰酸浸的最佳工藝參數(shù)：液固比20/1，酸浸時間三十分鐘，pH 值為2。在此條件下，重金屬鋅、鉛、銅的酸浸率分別為91．29%、79．18%和85．57%。二，確認了醫(yī)療廢物焚燒飛灰中重金屬硫化分離的最佳工藝參數(shù)為：Na2S 摩爾比為1．4，固化時間三十分鐘，pH 值為2。在此條件下，重金屬鋅、鉛、銅的硫化率分別為85．47%、72．78%和77．56%。這些重金屬硫化物經(jīng)浮選回收，廢液達到廢水綜合排放標準，可直接排放。三，酸浸后的殘余灰主要由CaSO4、SiO2等復(fù)雜穩(wěn)定的硅酸鹽組成，不易滲濾，符合污染控制標準，可直接填埋。