《重金属污染物的迁移和分布规律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重金属污染物的迁移和分布规律（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、垃圾焚烧中重金属污染物的迁移和分布规律摘要：城市生活垃圾成分复杂，并且焚烧过程中会产生重金属的二次污染，是城市垃 圾处理中最难解决的问题。对此，从垃圾重金属的来源，重金属在垃圾焚烧过程中的 迁移和转变特性，以及重金属在焚烧过程中迁移分布的影响因素等方面进行研究。研 究认为，重金属在焚烧炉中的最终分布除了受本身特性 （蒸发压力和沸点）影响外，还 与原生垃圾组成以及焚烧环境有关。关键词：垃圾焚烧；重金属；污染物迁移；污染物分布规律随着经济发展和城市化进程的加快，城市生活垃圾对环境造成的污染已经成为全球瞩 目的问题。与填埋、堆肥等其它垃圾处理方法相比较，焚烧法垃圾处理技术具有如下 优点：（1）大幅减
2、少垃圾体积和重量；（2）处理速度快、储存期短；（3）回收能量用于供 热、发电；（4）就地燃烧无需长距离运输；（5）通过合理组织燃烧及尾气处理实现清洁 燃烧等1。焚烧法垃圾处理技术已成为我国部分城市处理生活垃圾的首选技术。由 于原生垃圾中含有不等量的各类金属废弃物如各种金属制品、电池等，其中所含的重 金属（如汞、铅、镉、铬、铜、锌、锰等）在焚烧过程中将发生迁移和转化，富集于直 径小于l“m的飞灰颗粒中。由于常规的颗粒捕集设备对小颗粒飞灰捕集效率很低， 这些富集了有毒重金属的细小颗粒将被排放到大气中，最终被人类呼吸。焚烧炉底灰、 除尘设备飞灰、炉壁残留灰以及洗涤塔所产生的污水中也都可能含有重金属，
3、由于重 金属的渗滤特性，其中的重金属也会进入环境而造成二次污染。随着人民生活水平的提高，人们越来越重视生态环境的改善，从垃圾焚烧工业兴起至 今，许多国家相继对焚烧炉烟气中重金属等的排放作了严格的限制，且要求越来越严 格。表1为现今国内外垃圾焚烧烟气排放重金属控制标准。表1各国生活垃圾焚烧重金属污染物排放标准35mg/m3（标准状态）體国英国中国0.056 10. 05乩21仇3?0 2Cd0.0266 002“ 13.40. 1PbL3SS6 1Q. 060.1501.6Floyd Hasselriis6，7等人在对典型垃圾组分中重金属含量测定后指出，即便是去除了明显易生成重金属污染的垃圾源，
4、焚烧后仍将有大量有毒重金属存在；另一方面,Vogger8等人指出垃圾焚烧中各种重金属的释放不仅与高温焚烧过程有关，还与烟 气中非金属成分有关。含有重金属的垃圾在进入垃圾焚烧炉后，重金属在焚烧过程中 将发生迁移和转化，且其最终在焚烧炉各区域的分布比例与垃圾给料中重金属含量关 系不大。本文研究了垃圾焚烧过程中重金属污染物来源及其迁移、转变特性和迁移分布的影响 因素。该研究对于发展适合我国国情的垃圾清洁焚烧技术、低污染控制技术，有效地 控制垃圾焚烧重金属污染物的排放有重要意义。1重金属的来源现阶段通常认为垃圾焚烧过程中产生的重金属汞大都来自于电池（如汞锌电池和碱性 电池）、电器（如荧光灯管）、温度计
5、、报纸和杂志等；重金属铅则大都来自塑料、颜料、 橡胶等；重金属镉的来源通常认为来自家用电器、塑料、防锈金属、半导体以及颜料 等；而重金属铬的来源大都来自于报纸、彩色胶卷、纺织品、杂草等 6，1013。2重金属迁移和转变特性211重金属的迁移固体废弃物可以分为可燃垃圾和不可燃垃圾两部分。对于不可燃垃圾，尤其是金属块， 除了焚烧前被预分选外，大多随床料进入底渣，或由于焚烧炉中出现的过量空气、湍 流、真空等原因出现在烟气中，形成飞灰颗粒14；对于可燃垃圾，其中所含的重金 属有两种依存形式：一种是以矿物质的形式与有机物混合，另一种是有机物质以金属 颗粒为核心组成有机化合物。然而无论重金属在原生垃圾中以
6、何种形态存在，其中所 含的重金属将以各种形式释放出来。由于焚烧炉内温度较高且存在着CI2、S02、02等气体成分，重金属将经历以下过程15，16:金属的蒸发（挥发态的化合物）； 化学反应；（3）颗粒的夹带和扬析；（4）金属蒸气的冷凝，颗粒凝聚；（5）蒸气和颗粒的 炉壁沉降；（6）烟气净化（颗粒捕集等）。一般认为重金属在焚烧产物中通常以氧化态、硫化态、氯化态及元素态等4种形态存在。垃圾在焚烧处理后，其中所含的重金属最终将分布在焚烧炉的底渣、飞灰、烟气 及炉壁积灰中。不同的重金属在其中的分布比例是不相同的，重金属Hg主要以气态形式出现在烟气中，Pb、Cd以气固两相的形式出现，且多认为 Cd大部分出
7、现在飞灰中，Pb大部分在飞灰和底渣中，尤以底渣居多，而 Cu主要为固相且多分布在底渣中7, 8, 10, 14。Cahill和Newland17通过观察，发现在飞灰产物中的重金属以化合物的形式吸附在飞灰表面，其沸点或升华温度低于1823K(1550 C)，在比较金属4种形态化合物的基础上得出了影响金属元素在灰颗粒内部(如底灰)或灰表面(飞灰)存在的关键因素是金属的沸点。Klein等人根据金属在飞灰表面富集程度将焚烧过程中出现的重金属元素分成4类：(来源：互联网)(1)AI、Ba、Be、Ca、Co、Fe、K、Mg、Mn、Si、Sr和Ti等，这些元素因为具有很高的沸 点，因而在燃烧区域不挥发，它们
8、构成灰的基体，较多地存在于底灰中，而很少沉降在 飞灰的表面。(2) As， Cd， Cu， Ga， Pb， Zn 和 Se 等，这些元素在燃烧过程中挥发，停留在底灰中的 可能性小。当燃烧烟气冷凝时，这些金属的化合物富集在飞灰颗粒上，且随着飞灰颗粒 尺寸减小，富集浓度增加。(3) Hg、Cl和Br等，在整个过程中都停留在气相，这些元素经历了挥发而没有被冷凝。(4) 其它具有上述2种或3种分类性质的元素。表2为几种不同重金属及其化合物的熔 点和沸点。沸点代表了金属的一个特性，给金属分布的划分提供了一个很好的依据，然 而也有例外，如 Fe、 Al 虽然沸点低，但不经历蒸发冷凝过程，大部分出现在底灰中
9、， 形成灰颗粒的基体，而Ag则根本没有挥发化合物，却冷凝聚合在飞灰的表面。表2几种不同重金属及其化合物的熔点和沸点C项目元素密氮化密Hg-與 7/356. 7827 302.jX)-/300-357Pb528/1740195013 701H4886Cd321/76956 S100017509801500Cr1857/26721350/130010015002266Cu1083/2595620200 CF 井解200併分解1S26Zn420283/6QO10201975 Ni1455/27221001R4S西知卫科我彎Aw8176133GO/7O757/19表示溶点未知；在98MPa压力下；数据
10、显示格式分别为熔点/沸点2.2 重金属的转变特性 垃圾焚烧过程所释放出的重金属，除了发生迁移、经历一系列演变外，本身的种类也在 发生变化，最终将影响到净化效率。Miguel A. Fernandez20等人通过研究后发现，金 属在燃烧过程中以何种形态出现，取决于其化合物的热力学稳定性。如果氧化态的热力 学稳定性大于氯化态，元素则被机械迁移并构成飞灰颗粒的基体，使其呈现碱性；当两 者稳定性相差不多时，金属经历挥发冷凝和机械迁移两种机理过程；当氯化态的热力 学稳定性大于氧化态时，重金属氯化物主要经历挥发冷凝过程，沉降在飞灰颗粒表面， 从而形成具有高度可溶性的化合物。同时，他们还指出飞灰中该金属的比
11、例与焚烧炉膛 和静电除尘间氯化态的蒸发压力有关。表3列出了焚烧炉中几种金属在通常情形下的种 类。表 3 几种常见金属在焚烧炉中的主要形态重金属蛋金属的常见存在形态阳HgHgCb曾询oHgzChPbPbPbCEPbOjFbChPbOPbO2PbiO#CdCdCdOCdCI2环卫科扌底网CrCrCrO - Ch (g)=HgiCl2 (s?g)Hg (g) 士 2HC1 (g) *坦6 尼)号岛 g)2Hg(g)(g) 4-01 g) = 2HgG2 (s.g) + 2H2O (g)4Hg (g) +4HO (g) +-Q( (g) = 2Hg2a2 (s,g) +2HiO (g)Hg (g) N
12、02(t)i=Hg()(碁g) NO (g)HgO +2HC1 (g)=HgCl： (g) +HjO (g)2电6(g) 牡5 (斑)墟HQ瑕卫科披列H&Ch t)(s,)4 H窪(g) (400 即粉时碎重金属在焚烧炉中常以多种形态出现，金属及其化合物的特性决定了垃圾中的重金属在 一定条件下于焚烧炉中的转变和经历的演变过程。现阶段的研究给出了在一定条件下金 属及其化合物的主要形式25。(1) 汞(Hg)由于其具有很高的蒸发压力，在温度超过100C时就完全挥发，至大约600C 时为HgCI2(g),高于700C时大部分以元素形式存在Hg(O),在更高的温度下有也0(g), 通常认为Hg在气相中
13、以二价形式存在，其范围可在10%至90%间变化。铅(Pd)铅的氧化态和氯化态都具有挥发性，300C时Pb开始以PbCI2挥发，430C 挥发完全，超过800C时，以PbO(g)为主，同时随着PbCI2(g)缓慢分解，有少量PbCI(g) 存在，在200C到400C时，有少量PbCI4(g)存在，温度超过1000C时存在气态元素 Pb(g)。(3) 镉(Cd)当温度超过300C，Cd逐渐转为Cd2CL2(g)，400C时挥发完全，超过1000C， 元素Cd(g)是气相的主要成分。(4) 镍(Ni)常温下NiCI2稳定存在，温度超过250C时转为NiO,在更高的温度范围内有 少量的 NiCI2(g
14、)、Ni(OH)2(g)以及 NiCI(g)出现。(5) 铜(Cu)在200C以内CuCI2稳定存在，而在100C700C之间CuO稳定存在，高温 下，700C900C之间以Cu3CI3为主，高于900C，以CuCI为主。(6) 锌(Zn)在所有挥发种类当中，锌的含量最多。常温下为ZnCI2(s),温度在280C左 右时转为ZnO(s),同时ZnCI2(g)开始形成，但数量随温度的增加缓慢，到800C时大约 有 20%的 Zn 呈挥发态。(7) 砷(As)低于500C时，砷以冷凝状态As2O5形态存在，在500C1000C之间以 As4O6形态挥发，超过1000C时，以AsO为主，气态AsCI3在500C左右少量出现。3 重金属迁移分布的影响因素 重金属在焚烧炉中的最终分布除了与单个金属的特性有关外，还与垃圾组成7，26，2730及运行环境等有关16, 21, 3133。垃圾的组成是指垃圾中所含重金属的物理或化学构成形式、重金属在可燃垃圾和不可燃 垃圾中的含量和比例、垃圾中含氯量（有机氯或无机氯盐）、垃圾中的水分等等。原生垃 圾的复杂、多样以及可变性,给有关研究带来很大困难。过去的二十多年来,国内外很 多学者在垃圾的组成对重金属迁移分布影响方面进行了大量的研究和分析,得出了很多 结论,其中不乏有相悖的,但综合起来较为一致的
