近年(nian)來(lai)，隨著(zhu)我國(guo)社會經濟的發展和(he)城市(shi)化(hua)(hua)(hua)(hua)進(jin)程的加(jia)快，城市(shi)垃圾(ji)焚(fen)燒(shao)處(chu)理(li)技術得到迅(xun)速普及(ji)。初(chu)步統計(ji)，2005年(nian)底(di)全(quan)國(guo)垃圾(ji)焚(fen)燒(shao)日(ri)處(chu)理(li)能力達到3萬(wan)t以(yi)上。按照飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)產(chan)率3.00%計(ji)算，全(quan)國(guo)每年(nian)產(chan)生(sheng)垃圾(ji)焚(fen)燒(shao)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)30萬(wan)t以(yi)上。垃圾(ji)焚(fen)燒(shao)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)中含有(you)大量的重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)，屬(shu)于(yu)危險廢物，在進(jin)入危險廢物填(tian)埋場之前必須經過穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)(hua)/固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)理(li)。傳統的穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)(hua)/固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)理(li)技術包括水(shui)泥(ni)固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)、石(shi)灰(hui)固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)、化(hua)(hua)(hua)(hua)學藥劑穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)(hua)、燒(shao)結固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)或熔(rong)(rong)融固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)等(deng)[1]。石(shi)灰(hui)固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)存在著(zhu)固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)體(ti)強度不(bu)高(gao)和(he)對(dui)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)的穩(wen)定(ding)(ding)效果不(bu)好等(deng)缺點。水(shui)泥(ni)固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)一種應用比較廣(guang)泛的固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)/穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)(hua)方(fang)法，在成(cheng)本上具(ju)有(you)一定(ding)(ding)優勢。但(dan)是(shi)水(shui)泥(ni)固(gu)化(hua)(hua)(hua)(hua)增容(rong)比較大，而且不(bu)適(shi)于(yu)處(chu)理(li)含鉛高(gao)的飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)。熔(rong)(rong)融處(chu)理(li)和(he)有(you)機螯(ao)合劑穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)(hua)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)具(ju)有(you)很好的效果，但(dan)是(shi)高(gao)昂(ang)的處(chu)理(li)費用限制了其(qi)進(jin)一步推廣(guang)。與(yu)其(qi)他方(fang)法相比，采用微波(bo)加(jia)熱選擇性浸出垃圾(ji)焚(fen)燒(shao)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)，使重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)與(yu)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)分離，不(bu)僅可以(yi)使飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)無毒化(hua)(hua)(hua)(hua)，還可以(yi)進(jin)行資源回收(shou)。

微(wei)波加(jia)(jia)熱(re)屬(shu)于體加(jia)(jia)熱(re)，通(tong)過(guo)分子高(gao)速轉動產(chan)生(sheng)內摩(mo)擦熱(re)、無熱(re)滯(zhi)后性(xing)(xing)，具有加(jia)(jia)熱(re)速度(du)快、內部(bu)加(jia)(jia)熱(re)、選(xuan)擇(ze)性(xing)(xing)加(jia)(jia)熱(re)、加(jia)(jia)熱(re)均勻等特點。在浸出時(shi)，微(wei)波加(jia)(jia)熱(re)促(cu)使(shi)物料顆粒表(biao)面破裂，暴露出新鮮表(biao)面，有利于液固反(fan)應的(de)(de)進行(xing)(xing)；同時(shi)在外加(jia)(jia)電場(chang)的(de)(de)作用(yong)下(xia)，極性(xing)(xing)分子迅(xun)速改(gai)變方向進行(xing)(xing)高(gao)速振(zhen)動，不僅產(chan)生(sheng)了熱(re)量(liang)，而且增加(jia)(jia)了物質間的(de)(de)相(xiang)互碰撞，強化了反(fan)應的(de)(de)進行(xing)(xing)[2]。因(yin)此，本(ben)研究將(jiang)微(wei)波加(jia)(jia)熱(re)優點與酸浸法相(xiang)結(jie)合，探(tan)索微(wei)波加(jia)(jia)熱(re)選(xuan)擇(ze)性(xing)(xing)浸出飛(fei)灰中(zhong)重金屬(shu)的(de)(de)垃圾焚燒(shao)飛(fei)灰處置新工(gong)藝路(lu)線。

1試驗原料

樣品采自華東某生活垃圾焚燒廠。分別采集垃圾焚燒系統的煙道飛灰和布袋飛灰，在實驗室均勻混合后，在105℃烘干24h。冷卻后研磨混合均勻，用XRF- 1700型X射線熒光光譜儀測定其主要元素含量。采用改進的ASTMD6357-00a方法[3]消解飛灰和水洗飛灰樣品，過濾(0.45μm)后采用 PEElan6000型感應耦合等離子體原子發射光譜(重金屬)測定重金屬含量(表1)。

表1飛灰物質組成及重金屬含量

2試驗裝置和方法

由(you)于(yu)飛灰中重(zhong)(zhong)金(jin)屬Pb和(he)(he)Zn含量較高，因此(ci)對(dui)重(zhong)(zhong)金(jin)屬的(de)(de)去(qu)除和(he)(he)回收以Pb和(he)(he)Zn為對(dui)象。飛灰在(zai)105℃烘干24h，然(ran)后研磨，混(hun)合均勻。先分(fen)別(bie)將(jiang)不同濃度的(de)(de)浸出劑置(zhi)于(yu)密(mi)封燒杯中，并(bing)在(zai)磁(ci)力加(jia)(jia)熱攪(jiao)拌器上加(jia)(jia)熱到需要的(de)(de)溫度。然(ran)后，分(fen)別(bie)加(jia)(jia)入10g烘干混(hun)勻后的(de)(de)原飛灰或(huo)水(shui)洗飛灰后保持溫度同時攪(jiao)拌。到反(fan)應時間后泥漿立即過(guo)濾。測定浸出液中目標重(zhong)(zhong)金(jin)屬含量。微(wei)波(bo)浸出過(guo)程采用新型的(de)(de)微(wei)波(bo)加(jia)(jia)熱密(mi)閉浸出設備，該(gai)試驗裝置(zhi)的(de)(de)微(wei)波(bo)功(gong)率為0～1kW，頻率為2450MHz，并(bing)能實現(xian)自(zi)動控(kong)溫、控(kong)壓功(gong)能。

3試驗結果與討論

3.1不同浸出(chu)劑對重金屬(shu)浸出(chu)的(de)影響

在其它(ta)浸(jin)出(chu)(chu)條件不變(bian)的(de)(de)(de)情況下，比較(jiao)不同濃(nong)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)各種浸(jin)出(chu)(chu)劑(ji)對鋅(xin)和(he)鉛的(de)(de)(de)浸(jin)出(chu)(chu)率(lv)。浸(jin)出(chu)(chu)劑(ji)濃(nong)度(du)(du)(du)小于1M時(shi)浸(jin)出(chu)(chu)效率(lv)和(he)浸(jin)出(chu)(chu)劑(ji)濃(nong)度(du)(du)(du)呈強(qiang)的(de)(de)(de)正相關(guan)性，當濃(nong)度(du)(du)(du)繼續增(zeng)大時(shi)固(gu)液分離變(bian)得困難。對于1mol/L的(de)(de)(de)不同浸(jin)出(chu)(chu)劑(ji)，鋅(xin)浸(jin)出(chu)(chu)率(lv)結果(guo)為(wei)硫酸(suan)(suan)81.7%、鹽(yan)酸(suan)(suan)68.4%、硝(xiao)酸(suan)(suan)63.5%、醋酸(suan)(suan)59.5%、氫氧(yang)(yang)化(hua)鈉(na) 8.7%；Pb浸(jin)出(chu)(chu)率(lv)分別為(wei)硫酸(suan)(suan)5.2%、鹽(yan)酸(suan)(suan)74.5%、硝(xiao)酸(suan)(suan)65.0%、醋酸(suan)(suan)60.3%、氫氧(yang)(yang)化(hua)鈉(na)26.7%。綜合考慮對Pb和(he)Zn的(de)(de)(de)浸(jin)出(chu)(chu)效果(guo)，選擇 1mol/LHCl作為(wei)后(hou)續試驗浸(jin)出(chu)(chu)劑(ji)。

3.2傳(chuan)統(tong)加熱處(chu)理對重(zhong)金屬(shu)浸出的影(ying)響(xiang)

將浸出劑加熱到固定溫度，加入飛灰后浸出60min。結果表明，隨著處理溫度的升高，浸出率略有提高(圖1)。當處理溫度從30℃提高到95℃時，鋅的浸出率從59.94%提高到68.10%，鉛的浸出率從65.89%提高到70.23%。在傳統加熱過程中，能量是通過熱的對流、傳導和輻射從材料表面傳遞給材料體的。溫度影響試驗說明傳統加熱的“熱效應”不能顯著提高飛灰中重金屬的溶解。

3.3浸出(chu)劑濃度對垃圾(ji)焚燒飛灰重金屬(shu)微波浸出(chu)的影響

在固定微波功率為400W、液固比25、微波作用7min的條件下，鹽酸濃度對飛灰中重金屬浸出率影響的結果見圖2。從圖2可知，在微波作用下浸出劑濃度對Pb和Zn浸出率的影響與傳統浸出的規律一致。浸出劑濃度在1mol/L時，從飛灰中去除重金屬Pb、Zn效果最好，當濃度較高時會產生凝膠狀沉淀，使溶液過濾困難，從而使浸出率下降。

圖2浸出劑濃度對垃圾焚燒飛灰重金屬微波浸出的影響

3.4液(ye)固比(bi)對垃圾焚燒飛灰重(zhong)金屬微波(bo)浸出的(de)影響(xiang)

固定浸出時間10min，微波功率800W，浸出劑濃度1mol/L，試驗結果見圖3。從圖3可看出，液固比對飛灰中重金屬浸出率有著重要的影響。其原因在于，隨著液固比增大，在微波加熱的作用下飛灰與浸出劑更加充分接觸，碰撞加劇，加快了體系反應速率，同時浸出體系壓力較大，浸出劑易于滲透到物料內部，從而可以強化反應的進行。對比圖1還可以看到，微波浸出液固比=10時浸出率要高于常規浸出時液固比=25時的浸出率，說明微波浸出時更加經濟。

圖3液固比對垃圾焚燒飛灰重金屬浸出的影響

3.5微波輻射時間(jian)對飛灰(hui)重金(jin)屬(shu)浸出的影響

微波輻射時間對飛灰重金屬浸出率的影響如圖4所示。

圖4微波輻射時間對垃圾焚燒飛灰中重金屬浸出率的影響

從圖(tu)4可知(zhi)，微波(bo)(bo)輻射后重(zhong)金屬的(de)(de)(de)浸(jin)出(chu)率有(you)了(le)明(ming)顯的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)，并在很(hen)短的(de)(de)(de)時間內就可以達(da)到(dao)很(hen)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)浸(jin)出(chu)率，但(dan)是隨微波(bo)(bo)輻射時間增加(jia)(jia)鉛鋅的(de)(de)(de)浸(jin)出(chu)率不再明(ming)顯提(ti)高(gao)(gao)，這是由于飛灰中(zhong)幾乎全部的(de)(de)(de)鉛鋅都已經被浸(jin)出(chu)。與傳統加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)預(yu)處(chu)理相(xiang)比，鋅的(de)(de)(de)浸(jin)出(chu)率提(ti)高(gao)(gao)了(le)20多(duo)個百分點，充分顯示了(le)微波(bo)(bo)預(yu)處(chu)理的(de)(de)(de)優越性。微波(bo)(bo)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)是一(yi)個體加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)和選擇性加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)過程，穿透力強，速度快，不同于熱(re)(re)(re)傳導方式(shi)的(de)(de)(de)傳統加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)。

在微波(bo)場(chang)內，微波(bo)透射進(jin)入溶液導致(zhi)(zhi)充分的(de)(de)體加熱。因此，微波(bo)影(ying)響礦物(wu)和溶劑(ji)間的(de)(de)局(ju)部反(fan)應(ying)。在單個顆粒(li)上發(fa)生的(de)(de)局(ju)部過(guo)熱能夠提(ti)高反(fan)應(ying)動力學，導致(zhi)(zhi)顆粒(li)破裂，暴露出(chu)新鮮的(de)(de)表(biao)面。內部表(biao)面積(ji)進(jin)一步擴大，這樣非常有利于浸(jin)出(chu)劑(ji)的(de)(de)進(jin)入，提(ti)高重金(jin)屬浸(jin)出(chu)率(lv)。

3.6微波濕法穩定(ding)化處理后飛灰(hui)殘(can)渣的浸出(chu)毒性(xing)分(fen)析

采用(yong)美國EPA的TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)毒性(xing)浸出(chu)程序(US EPASW846-1311)分析飛灰處理(li)前后(hou)的浸出(chu)毒性(xing)。試驗結果(guo)表明，各種重金屬的浸出(chu)濃度都遠遠低于危險廢(fei)物浸出(chu)毒性(xing)鑒別(bie)標準，因此微波濕法穩(wen)定化處理(li)后(hou)飛灰達到了(le)無害化要求(qiu)。

4結論

(1)首次(ci)提(ti)出微波選擇浸(jin)出垃圾焚燒飛灰中重金(jin)屬(shu)的無(wu)害化處(chu)理工藝路線，并得到(dao)優化試驗條件為浸(jin)出劑鹽(yan)酸濃度1mol/L，液固(gu)比25∶1，浸(jin)出時(shi)間4min。

(2)采用微(wei)(wei)波(bo)處理(li)飛(fei)灰重金屬可以得到滿意的(de)效果，微(wei)(wei)波(bo)輻射(she)浸(jin)(jin)(jin)出與傳統加(jia)熱浸(jin)(jin)(jin)出相比較，Pb、Zn浸(jin)(jin)(jin)出率(lv)得到明顯(xian)提高，可以達到90%～99%；在(zai)浸(jin)(jin)(jin)出率(lv)相同的(de)前提下，微(wei)(wei)波(bo)浸(jin)(jin)(jin)出可減少浸(jin)(jin)(jin)出劑用量，縮短浸(jin)(jin)(jin)出時(shi)間。

(3)試驗選用新型的微波加(jia)熱密(mi)閉浸出設備去除(chu)飛(fei)灰(hui)中重金屬，處(chu)理(li)后垃圾焚燒飛(fei)灰(hui)滿足無害化要求(qiu)。

參考文獻

[1] Nagib S, Inoue K. Recovery of lead and zinc from fly ash generated from municipal incineration p lants by means of acid and /or alka-line leaching [ J ]. Hydrometallurgy, 2000, 56 (3) : 2692292.

[ 2 ] 彭金輝,楊(yang)顯萬. 微(wei)波能技術新應用(yong)[M ]. 云南: 科技出版社, 1997.

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