针铁矿对垃圾焚烧飞灰中重金属离子的固化作用及机理分析

刘文莉, 孙伟, 熊辉, 韩海生, 刘力奇, 甄胜利, 贺真, 常晓然. 针铁矿对垃圾焚烧飞灰中重金属离子的固化作用及机理分析[J]. 矿产保护与利用, 2018, (6): 87-93. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.018
引用本文: 刘文莉, 孙伟, 熊辉, 韩海生, 刘力奇, 甄胜利, 贺真, 常晓然. 针铁矿对垃圾焚烧飞灰中重金属离子的固化作用及机理分析[J]. 矿产保护与利用, 2018, (6): 87-93. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.018
LIU Wenli, SUN Wei, XIONG Hui, HAN Haisheng, LIU Liqi, ZHEN Shengli, HE Zhen, CHANG Xiaoran. The Curing Effect of Goethite on Heavy Metal Ions in Fly Ash from Waste Incineration and Mechanism Analysis[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018, (6): 87-93. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.018
Citation: LIU Wenli, SUN Wei, XIONG Hui, HAN Haisheng, LIU Liqi, ZHEN Shengli, HE Zhen, CHANG Xiaoran. The Curing Effect of Goethite on Heavy Metal Ions in Fly Ash from Waste Incineration and Mechanism Analysis[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018, (6): 87-93. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.018

针铁矿对垃圾焚烧飞灰中重金属离子的固化作用及机理分析

  • 基金项目:
    国家自然科学基金重点项目(51634009)
详细信息
    作者简介: 刘文莉, 女, 博士后, 主要从事固体废物处置与资源化研究
    通讯作者: 孙伟, 教授, E-mail:sunmenghu@126.com
  • 中图分类号: X705

The Curing Effect of Goethite on Heavy Metal Ions in Fly Ash from Waste Incineration and Mechanism Analysis

More Information
  • 垃圾焚烧飞灰是一种危险固体废弃物,必须经过固化稳定化,满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》后方能填埋。针铁矿是一种表面带有丰富羟基功能基的固体表面活性剂,利用其表面羟基对金属离子的络合作用能够对垃圾焚烧飞灰进行固化。本论文探讨了工艺参数对针铁矿固化飞灰毒性浸出效果的影响;又利用酸碱滴定表征了针铁矿表面羟基化特性;用格氏图处理酸碱滴定数据,计算出针铁矿表面羟基活性位点密度。结果表明:在针铁矿添加量为15%、液固比为0.4、固化时间为3 d的条件下,固化后的飞灰能够满足生活垃圾填埋场进场要求;金属离子能够进入针铁矿表面stern层被紧密吸附,碱性条件下则更加有利于离子在针铁矿双电层的扩散层中吸附。

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  • 图 1  药剂固化法流程

    Figure 1. 

    图 2  针铁矿的XRD图谱

    Figure 2. 

    图 3  针铁矿的SEM形貌

    Figure 3. 

    图 4  针铁矿配入量与飞灰毒性浸出浓度关系

    Figure 4. 

    图 5  液固比与飞灰毒性浸出浓度关系

    Figure 5. 

    图 6  固化时间与飞灰毒性浸出浓度关系

    Figure 6. 

    图 7  针铁矿表面铜离子、铅离子吸附量随pH变化的关系

    Figure 7. 

    图 8  针铁矿表面酸碱滴定曲线

    Figure 8. 

    图 9  针铁矿的酸碱滴定格氏图

    Figure 9. 

    图 10  氧化物表面不同类型的表面羟基

    Figure 10. 

    图 11  Pb2+在矿物表面双电层中的吸附形态

    Figure 11. 

    表 1  原子吸收分光光度计仪器工作条件

    Table 1.  Working conditions of atomic absorption spectrophotometer instrument

    Element Wavelength /nm Passband width /nm Lamp current /mA Flame type
    324.7 0.4 8 空气-乙炔,氧化性蓝色火焰
    283.3 0.4 6 空气-乙炔,氧化性蓝色火焰
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    表 2  飞灰固化物二噁英及重金属浸出毒性测试结果

    Table 2.  The leaching toxicity test results of dioxin and heavy mental in cured fly ash

    项目 单位 飞灰原样 固化后飞灰样品 生活垃圾填埋场限值 检出限
    含水率 % 25 15 30 -
    二噁英 μg/kg 3.15 2.31 3 -
    汞(Hg) mg/L 0.001 1 0.000 1 0.05 0.000 05
    铜(Cu) mg/L 7.19 0.02 40 0.008
    锌(Zn) mg/L 31.43 0.003 100 0.002
    铅(Pb) mg/L 2.13 0.12 0.25 0.01
    镉(Cd) mg/L 0.98 0.02 0.15 0.001
    铍(Be) mg/L ND ND 0.02 0.000 4
    钡(Ba) mg/L ND ND 25 0.000 4
    镍(Ni) mg/L 0.05 0.01 0.5 0.004
    砷(As) mg/L 0.007 0.001 0.3 0.007
    总铬(Cr) mg/L 0.57 0.05 4.5 0.01
    六价铬(Cr6+) mg/L 0.021 0.003 1.5 0.004
    硒(Se) mg/L ND ND 0.1 0.004
    注:ND为未检出。
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  • [1]

    田书磊.垃圾焚烧飞灰重金属热分离工艺及挥发特性研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2007.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10213-2008193213.htm

    [2]

    熊祖鸿, 范根育, 鲁敏, 等.垃圾焚烧飞灰处置技术研究进展[J].化工进展, 2013, 32(7):1678-1684. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sn201411008

    [3]

    罗忠涛, 肖宇领, 杨久俊.等.垃圾焚烧飞灰有毒重金属固化稳定技术研究综述[J].环境污染与防治, 2012, 34(8):58-62. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2012.08.013

    [4]

    郭晓潞, 施惠生.MSWIFA制阿利尼特水泥基材料的耐久性[J].材料科学与工程学报, 2013, 31(4):479-483. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/clkxygc201304001

    [5]

    彭雯.城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属浸出的特性及沥青固化飞灰的实验研究[D].杭州: 浙江大学, 2004.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10335-2004109801.htm

    [6]

    周建国, 张曙光, 李萍, 等.城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属的固化/稳定化处理[J].天津城建大学学报, 2015, 21(2):109-113. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=tjcsjsxyxb201502007

    [7]

    倪文, 张玉燕, 丁嫚.垃圾焚烧飞灰的资源化处置前景[J].环境污染与防治, 2008, 30(4):1-5. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2008.04.001

    [8]

    邹庐泉, 吴长淋, 张晓星, 等.满足《生活垃圾填埋污染控制标准》的生活垃圾焚烧飞灰重金属药剂稳定化研究[J].环境污染与防治, 2011, 33(3):61-64. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2011.03.013

    [9]

    张玲.不同条件下焚烧飞灰浸出特性的试验研究[D].北京: 北京化工大学, 2008.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10010-2008149865.htm

    [10]

    袁玲, 施惠生, 岳鹏.垃圾焚烧飞灰胶凝活性初探[J].同济大学学报(自然科学版), 2003, 31(12):1444-1448. doi: 10.3321/j.issn:0253-374X.2003.12.013

    [11]

    李润东, 聂永丰, 王雷, 等.成分对垃圾飞灰熔融过程重金属迁移的影响[J].清华大学学报:自然科学版, 2004, 44(9):1180-1183. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qhdxxb200409008

    [12]

    谢亚巍.铁氧化物及其腐殖酸复合物对砷的吸持特性研究[D].重庆: 西南大学, 2012.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10635-1012343981.htm

    [13]

    王慧.铁氧化物及其胡敏酸复合体对磷酸盐的吸附研究[D].武汉: 中国农业大学, 2015.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10504-1015387493.htm

    [14]

    Kalmykova Y, Knutsson J, Strmvall A M, et al. Blast-furnace sludge as sorbent material for multi-metal contaminated water[J]. Alliance for global sustainability book series, 2009, 17:307-317. doi: 10.1007/978-90-481-3043-6

    [15]

    Tsutsumi T, Nishimoto S, Kameshima Y, et al. Hydrothermal preparation of to bermorite from blast furnace slag for Cs+ and Sr2+ sorption[J]. Journal of hazardous materials, 2014, 266(2):174-181.

    [16]

    Wang F, Zhang F, Chen Y, et al. A comparative study on the heavy metal solidification/stabilization performance of four chemical solidifying agents in municipal solid waste incineration fly ash[J]. Journal of hazardous materials, 2015, 300:451-458. doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.07.037

    [17]

    Shi D Z, Zhang C, Zhang J, et al. Seed-assisted hydrothermal treatment with composite silicon-aluminum additive for solidification of heavy metals in MSW incineration fly ash[J]. Energy & fuels, 2016, 30:10. https://www.researchgate.net/publication/309602495_Seed-assisted_hydrothermal_treatment_with_composite_silicon-aluminum_additive_for_solidification_of_heavy_metals_in_MSW_incineration_fly_ash

    [18]

    Haha M, Lothenbach B, Saout G L, et al. Influence of slag chemistry on the hydration of alkali-activated blast-furnace slag-part Ⅱ:effect of Al2O3[J]. Cement & concrete research, 2012, 42(1):74-83. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884611001414

    [19]

    Das B, Prakash S, Reddy P S R, et al. An overview of utilization of slag and sludge from steel industries[J]. Resources conservation & recycling, 2007, 50(1):40-57. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=fdc94b2feb92670074ccfbb7e2b158f7

    [20]

    Kovtun M, Kearsley E P, Shekhovtsova J. Chemical acceleration of a neutral granulated blast-furnace slag activated by sodium carbonate[J]. Cement & concrete research, 2015, 72:1-9. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=14ccd744e5d7196ef1c5386b63275b68

    [21]

    Tian S L, Wang Q, Wang Q H, et al. Curing characteristics of heavy metals in melting process of fly ash from municipal solid waste incineration[J]. Journal of Harbin institute of technology, 2008, 40(10):1576-1580. http://academic.hep.com.cn/fese/cn/10.1007/s11783-008-0060-6

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出版历程
收稿日期:  2018-10-08
刊出日期:  2018-12-25

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