垃圾焚烧飞灰双重固化全过程重金属浸出特征

高重金属含量垃圾焚烧飞灰经高温复合矿渣熔融重构,一次固化制备重构水淬渣,并将重构水淬渣复合水泥体系进行二次固化,采用TCLP法测试并分析垃圾焚烧飞灰双重固化全过程中重金属浸出特征。结果表明:垃圾焚烧飞灰中典型重金属Zn、Cu、Pb和Cr浸出的质量浓度分别高达1 686.00、321.85、10.17和29.96 mg·L-1;重构水淬渣颗粒越细,其重金属浸出质量浓度越高,但均低于固体废物浸出毒性鉴别标准,可安全用于建材行业;重构水淬渣-水泥净浆体系重金属浸出的质量浓度远远低于固体废物浸出毒性鉴别标准,重构水淬渣细度对该体系重金属浸出影响极小。

污泥基充填膏体重金属浸出机理及风险评价研究

以污水污泥替代部分煤矸石,与水泥、粉煤灰制备污泥基充填膏体材料,可以妥善处置污水污泥,同时解决矿井充填材料短缺问题。为保障地下水环境安全,研究了污泥含量10%的污泥基充填膏体的重金属浸出机理,利用熵权质量指数对污泥及污泥基充填膏体浸出液进行水质评价,并利用支持向量机构建水质评价预测分类模型。结果表明:结合浸出动力学分析重金属离子浸出规律,重金属离子质量浓度上升阶段,其质量浓度变化符合扩散作用控制的收缩核模型;污泥基充填膏体重金属浸出机理是水分子与充填膏体中游离重金属离子结合形成水合金属离子,在浓度梯度力的作用下浸出至外部水中;污泥基充填膏体浸出液水质等级整体为2级,满足Ⅲ类水质量标准。根据EWQI结果以支持向量机算法为核心,建立了水质评价模型,模型效果较好,且具有较高的统一性。

无黏土高含量污水厂污泥烧制建筑材料重金属浸出及固化效果的研究

利用城市污水厂剩余污泥制备建筑材料是城市污泥资源化利用方法之一,其重金属的固化效果和浸出的环境安全性也越来越受到关注。通过不同污泥、辅料、烧结温度、配方比例和添加剂的样品对比,对无黏土添加、高含量干污泥烧制建筑材料制品的总铅、总镉和总铬的固化效果和浸出安全性进行研究。通过实验结果可知对于实验污泥,总铅、总镉和总铬的固化效果和浸出浓度均与烧结程度有密切关系,并且其浸出浓度符合相关标准要求,但在烧制过程产生尾气中的重金属需要进行监测和处理。

不同液固比条件下尾矿中重金属浸出规律

尾矿渗滤液中的重金属是尾矿库环境污染的重要来源,而降雨量及尾矿在雨水中浸泡的时间是影响重金属浸出的关键因素。基于此,探讨了不同液固比条件下尾矿中重金属的浸出规律,采用静态淋溶和动态淋溶两种试验方式对不同粒度尾矿进行重金属浸出模拟试验,分析尾矿样品中重金属(Cu、Mn、Zn)浸出浓度变化情况。结果表明:pH值为5.4的条件下,静态淋溶下重金属浸出浓度均随液固比的增加而减小,且不同粒度尾矿中重金属浸出规律为细粒度优于中粒度,粗粒度浸出程度最小;不同重金属浸出浓度受液固比影响程度为锰>铜>锌;动态淋溶下重金属浸出浓度随淋溶量的增加呈明显下降趋势,存在快速下降和缓慢下降两个阶段。重金属释放数学模型的拟合发现,重金属的释放是一个复杂的过程,Cu和Zn的释放动力学特征与双常数速率方程拟合程度较高;锰的释放过程由修正Elovich方程描述效果更优。

垃圾焚烧水洗飞灰沥青混合料重金属浸出机理研究

垃圾焚烧水洗飞灰沥青混合料是实现垃圾焚烧飞灰循环利用的有效途径。为了减少焚烧飞灰应用路面对环境的影响,提高道路的安全性,以垃圾焚烧水洗飞灰沥青混凝土的化学分布形态为基础,明确了降雨p H值、降雨量、浸出时间及重金属释放速率等重金属浸出因素。利用硫酸硝酸法、水槽浸出试验法、电感耦合等离子体质谱仪检测法,进行了飞灰沥青混合料重金属浸出试验,分析了飞灰沥青混凝土的化学分布形态,进而测定了不同飞灰掺量的水洗灰沥青混合料重金属浸出总量、实际释放量,得到飞灰沥青路面中浸出重金属总量排序、重金属的释放时域图,解析出Zn,Cr,Cu,Pb,Ni,Cd,As等重金属浸出的演化机理。最后通过重金属的释放速率判别法,得到飞灰沥青混合料各重金属的释放速率值。结果表明:飞灰沥青混合料浸出重金属总量排序为Ba>Zn>Cr>Cu>Pb>Ni>As>Cd>Hg;大部分重金属的累积释放量随着水洗灰掺量的增加而增大,累计释放速率存在差异性,其中Ba,Pb,Zn,Cu,Cr和Ni等分别在4,8,16,16,36,36 d左右时累积释放量曲线达到平衡;Pb,Zn,Cu,Cr,Ni和Ba的释放速率都是低迁移率,可满足道路环境的要求。

多元浸沥场景下固化/稳定飞灰中重金属浸出行为

采用多级浸提实验(MEP)探究了3种典型固化/稳定飞灰样品在不同浸沥场景(垃圾渗滤液侵入+酸雨侵蚀、碳酸化作用+酸雨侵蚀)下Pb、Zn、Cu、Cd、Cr和Ni的浸出规律。结果表明:短期浸沥时,水泥固化飞灰和螯合剂、磷酸稳定化飞灰均对不同的浸沥场景表现出不同程度的抵御能力。然而,从长期视角看,它们也难以避免因浸沥时间延长或浸沥场景改变而增加重金属浸出水平的风险,特别是在面对浸沥场景更替时。垃圾渗滤液或饱和CO_(2)水浸沥的早期阶段和模拟酸雨浸沥的更替都是增加重金属浸出水平的不利因素。累积浸沥时间的延长使多数重金属的浸出水平再次升高,但浸出规律变化因飞灰类型而异。Pb和Cd是两种超标频率较高的重金属。以水泥固化飞灰为例,在垃圾渗滤液侵入、碳酸化作用更替为酸雨侵蚀场景后,Pb(标准限值为0.25mg/L)和Cd(标准限值为0.15mg/L)的最大浸出浓度分别高达0.36mg/L和0.28mg/L。可见,根据飞灰的实际处置场景评估其重金属的浸出水平对于表征填埋场飞灰的实际处置风险具有重要的现实意义。

垃圾焚烧飞灰固化及重金属浸出特性研究

针对垃圾焚烧飞灰重金属浸出不利于飞灰的资源化利用及填埋的问题,使用乙烯副产物进行磺化反应合成固化剂,考察其与螯合剂的协同作用对飞灰固化特性的影响。同时,考察pH及温度等环境条件对飞灰中重金属浸出特性的影响。实验结果表明:固化剂BFS的添加可以改善飞灰的固化特性,抑制铅、镉、锌及铬等重金属的浸出;飞灰的重金属残留率随固化剂BFS添加剂量的增大而先增大后减小。同时,浸提液的pH与温度对于飞灰中重金属的浸出具有重要的影响:铅、镉、锌及铬等重金属特性在不同的pH条件下有所不同。浸提温度过高和过低都不利于飞灰中重金属的稳定,实验中抑制3种重金属浸出的最佳温度为35℃。

淋溶酸性溶液对SnPb焊料中重金属浸出及电化学特性的影响

为研究重金属元素在土壤中的浸出迁移特性,评价其环境污染风险程度,以电子产品SnPb焊料为对象,研究填埋时不同酸性溶液对焊料重金属元素的腐蚀浸出行为以及腐蚀电化学特性的影响,对淋溶液中重金属浸出速率、表面腐蚀产物及形貌和动电位极化曲线等进行分析。结果表明:SnPb焊料在淋溶H_(2)SO_(4)⁃HNO_(3)溶液中腐蚀电流密度最高,表面腐蚀产物为PbSO_(4),Sn的浸出速率最大,在淋溶HNO3⁃HCl溶液中的腐蚀电流密度较低,Pb的浸出速率最大。因此,SnPb焊料在淋溶H_(2)SO_(4)⁃HNO_(3)溶液条件下,Sn对地下水的污染风险高,Pb对土壤的污染风险高;在淋溶HNO_(3)⁃HCl溶液条件下,Pb对地下水的污染风险很高。

进口含铜原料冶炼渣的重金属浸出特性及影响因素研究

对进口铜精矿、铜锍、铜转炉渣和含铜污泥经管式炉模拟冶炼后的冶炼渣开展浸出实验,研究不同冶炼温度和SiO_(2)熔剂添加量对冶炼渣中Mn、Zn、Cu、As和Pb浸出的影响,为中国进口含铜原料的冶炼渣并进行利用处置提供理论依据。结果表明:随着冶炼温度的升高,冶炼渣中Zn和Pb浸出浓度均降低,而Cu浸出浓度仅在铜转炉渣和含铜污泥冶炼渣中下降明显。冶炼温度为1200℃时,冶炼渣中重金属浸出浓度总体上随熔剂添加量增加而下降,熔剂添加量为18%(质量分数,下同)时冶炼渣中重金属浸出浓度明显降低。冶炼温度为1200℃和熔剂添加量为18%的条件下,含铜污泥冶炼渣中重金属浸出浓度高于铜精矿、铜锍和铜转炉渣冶炼渣,且含铜污泥冶炼渣中Zn的浸出浓度超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)限值,属于危险废物,需由有资质企业进行无害化利用处置。

山西钢渣重金属浸出与资源化利用研究

钢渣固废资源化利用和无害化处理急需对钢渣的化学成分和重金属浸出进行深入评价分析,以避免使用过程中的二次环境污染,针对山西4种转炉钢渣进行化学成分和重金属浸出试验。结果表明,4种转炉钢渣的化学成分相似,主要以CaO、Fe2O3、SiO2、MgO为主,重金属元素浸出量低,用于道路材料可从源头上控制不会造成二次环境污染。结合工程实际开展水泥粉煤灰稳定碎石钢渣基层和钢渣耐磨沥青混凝土试验段铺筑,形成山西省钢渣固废大宗资源化利用工程示范,实现了钢渣道路材料的推广应用。

淹水对土壤重金属浸出行为的影响及机制研究

通过模拟库区周围受污染土壤的淹水条件,开展淹水试验探究土壤重金属浸出行为发展规律。从分析结果来看,在土壤内物质的氧化反应受到抑制的情况下,受土壤Eh下降、氧化铁形态转化等因素的影响,重金属浸出量逐渐减少,酸溶态、残渣态重金属逐渐减少,可还原态和可氧化铁的重金属增加,呈现出由表层向下迁移的发展态势。

污泥-稻壳-木屑混烧灰胶凝性能及重金属浸出特性研究

利用污泥-稻壳-木屑混烧灰、钢渣粉以及水泥等材料制备复合胶凝材料,研究了该胶凝材料胶砂的工作性能、物理力学性能、水化热、水化产物以及重金属毒性浸出特性。结果表明,混烧灰与钢渣粉的掺入改变了水泥胶砂的工作性能,与纯水泥试件相比,复合胶凝材料胶砂的抗压、抗折强度均有所降低,混烧灰掺量不宜超过50%。替代材料的掺入使得水化的诱导期延长,主放热峰向右偏移,推迟胶凝材料的水化过程。由于火山灰效应的存在,使复合胶凝材料体系的累积水化放热量增大。XRD分析表明,复合胶凝材料的水化产物主要为无定形相,复合胶凝材料的自胶凝固化作用抑制了混烧灰中主要重金属元素的迁移性,浸出浓度指标均符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》要求。

含油污泥热解残渣制备渗水砖的重金属和多环芳烃浸出特性

热解残渣作为含油污泥热解的伴生物,存量日益增多,严重威胁生态环境。含油污泥热解残渣的成分与黏土矿物类似,为此,利用热解残渣代替黏土制备渗水砖,探究制备过程中残渣添加量、加水量和挤压应力对渗水砖抗压强度和透水性能的影响以及对渗水砖浸出液中重金属和多环芳烃(PAHs)浓度的影响。分析结果表明,残渣添加量、加水量和挤压应力对渗水砖的抗压强度和透水性能有较大影响,当残渣添加量为15%、加水量为13%(以上均为质量分数)、挤压应力为30MPa时,渗水砖的物理性能最佳。此时,抗压强度为32.20MPa,达到Cc30等级标准;透水系数为1.80×10^(-2)cm/s,高于《透水砖》(JC/T 945—2005)中所规定的1.00×10^(-2)cm/s。重金属和PAHs浸出实验结果表明,渗水砖浸出液中检出的金属包括Cr、Pb、Cu、Ni和Zn,且Cr、Cu和Zn的浓度均低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中所规定的Ⅱ类标准限值和《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中所规定的Ⅲ类标准限值。残渣添加量、加水量和挤压应力对浸出液中Ni的影响较大,而对Cr的影响较小。渗水砖浸出液中主要检测出萘、苊、二氢苊、芴和菲这5种PAHs,总浓度范围为218.43~408.34μg/L。其中,苊是浸出液中的主要成分,其相对质量分布比例为59.80%~77.55%。本研究可为含油污泥热解残渣的无害化处理和资源化利用提供科学依据。

冻融及耦合酸化作用下土壤中重金属的浸出性及其机制解析

冻融与不同pH溶液的耦合作用下土壤中重金属浸出行为尚缺乏研究。本研究采用TCLP测试评估了冻融及耦合酸化处理前后土壤中重金属的浸出毒性,并采用孔隙(颗粒)与裂隙图像识别与分析系统(PCAS)和地球化学模拟软件(PHREEQC)分别探究土壤矿物颗粒的微观结构和矿物学演化特征。结果表明,经过30次冻融循环后,As、Cd、Cu、Mn、Pb和Zn的最大浸出浓度分别为0.22 mg/L、0.61 mg/L、2.46 mg/L、3.08 mg/L、29.36 mg/L和8.07 mg/L。在冻融和酸化的耦合作用下,土壤颗粒的孔隙度增加了4.79%。孔隙和裂缝的演化所引起的颗粒结构破坏证实了这一结果。在冻融作用下,土壤颗粒的各向异性增加,而在冻融与酸化的耦合作用下,土壤颗粒的各向异性降低。SEM-EDS、PCAS量化和PHREEQC模拟的结果表明,重金属的释放机制不仅与矿物颗粒的微观结构演化特征有关,还受质子腐蚀以及矿物的溶解和沉淀的影响。这些结果将为季节性冻土地区污染场地土壤修复评价提供重要参考。

生活垃圾焚烧飞灰固化体力学及重金属浸出特性

以苏州七子山生活垃圾焚烧厂产生的飞灰为研究对象,采用水泥作为固化剂,研究水泥飞灰固化体的应力应变特征及重金属浸出特性,并探讨了水泥飞灰配合比、养护时间等关键性因素对这些特性的影响。实验结果表明:较养护3 d的样品,其余养护时间的样品强度平均增长了约96.2%,而其破坏应变平均减小了56%。随着水泥含量和养护时间的增加,飞灰固化体的强度上升,而其破坏应变减小,该趋势主要归因于钙矾石(AFt)的形成促进了飞灰固化体强度的发展。较飞灰原样,飞灰固化体的重金属浸出浓度随着水泥含量、养护时间的增加而降低了38%~99%,重金属的迁移被限制,主要归因于水化硅酸钙(C—S—H)和钙矾石(AFt)的形成,以及飞灰和水泥水化反应创造的强碱性环境。

污泥活性炭对复合染料的脱色及其重金属浸出毒性

用自制的污泥活性炭处理亚甲基蓝与酸性品红组成的染料废水,研究了pH、吸附时间、温度等因素对复合组分染料废水脱色率的影响,测试分析了污泥活性炭在处理亚甲基蓝与酸性品红复合组分染料废水过程中的重金属浸出毒性。结果表明:与处理单一组分染料废水相比较,处理复合染料废水时pH的影响较为复杂,2种染料在污泥活性炭上存在竞争吸附,但是污泥活性炭对复合组分染料的脱色效果较好。污泥活性炭对复合染料的吸附过程符合Langmuir型吸附。在处理染料废水的过程中,污泥活性炭中的重金属镉、锌及铬会浸出,重金属镉、锌的浸出浓度符合国家标准,但铬的浸出浓度已接近国家标准上限。

明挖隧道固化土的重塑及重金属浸出特性研究

苏锡常南部高速公路常州至无锡段太湖隧道(以下简称太湖隧道)工程采用明挖法施工,存在先固化湖底淤泥开挖,后在隧道顶回填的过程。通过室内试验,研究了不同水泥掺量情况下,破碎过程对于土体强度损失规律的影响、重金属浸出规律及水稳定性。研究发现,破碎过程使得土体的强度损失较大,不同重塑固化土的强度在20~70 kPa之间,相较于破碎前的强度降低量为67%~87%。重塑固化土的强度随二次养护龄期的增加而增加,破碎的时间越早后期增长强度越高,养护总龄期为60 d时,重塑固化土的强度在123~155 kPa。Hg、Pb、As、Cr、Cu等元素的最大浸出浓度随着养护时间的增加逐渐减少,当养护龄期超过28 d后趋于稳定。无论是固化土还是重塑固化土,Cu和Hg的最大浸出浓度均保持较低值,破碎重塑没有显著增大其浸出量。破碎过程会使得其他金属元素的浸出量增加,但是总体均能够满足Ⅳ类水限值的要求。一次掺灰的重塑固化土浸水后均出现崩解情况,需要进行二次掺灰。重塑固化土的二次养护龄期超过7 d,即可获得相对较高的水稳定性。一次养护28 d后破碎的重塑固化土的强度为51.3 kPa,浸水7 d后其强度提高到83.9 kPa,增幅63.5%。根据室内试验结果,综合考虑强度、耐久、环境和经济等因素,选用水泥掺量为5%+2%(使用二次掺灰方法),就地固化后养护28 d,并在回填后继续养护7 d以上的施工方案;该方案在太湖隧道工程中取得了较好的效果。

固体废弃物路基填筑材料的重金属污染特性研究进展

路域固体废弃物用作路基填筑是绿色低碳公路建设的一种重要手段,然而多数固体废弃物均不同程度地含有重金属污染物,在降雨入渗、地下水浸泡等复杂环境作用下,重金属会被释放,若处理不当将对周边土壤和地下水造成污染。该文综述了固废材料在路基工程中的综合利用、固废中重金属的浸出行为、迁移研究以及固废重金属的防控处理4个方面的研究现状。发现固体废弃物在路基工程中有广泛应用,但对固废路基的重金属污染特性的研究鲜有报道,重金属在路基中的长期浸出行为和迁移机制尚不明确。为了对固废路基的污染性能进行评估和调控,需要进一步研究污染物在路基结构中的迁移规律。通过对固废中污染物的防控处理技术进行总结对比,发现地聚合物在处置固废中有害重金属方面具有广阔的应用前景。

基于加速碳化的农田土壤重金属钝化长期稳定性评估

土壤重金属污染已严重影响我国农田安全利用及人体健康,农田重金属污染治理已成为亟须解决的重大环境问题。采用土壤修复工程中常用的无机修复药剂熟石灰、硫化钠和磷酸氢二钾对铜锌铅镉复合污染土壤进行钝化处理,通过加速碳化试验,考察了二氧化碳对常用无机药剂钝化铜、锌、铅、镉等重金属的长期稳定性的影响。结果表明,在不考虑碳化作用的情况下,添加上述3种无机修复药剂可大幅降低受污染农田土壤浸出液中重金属的含量,降低重金属污染风险。经加速碳化后,熟石灰处理的浸出液中,铜、镉的含量显著升高,铅、锌的含量基本不变;硫化钠处理的浸出液中,铜、锌、铅和镉的含量均出现一定程度的升高;磷酸氢二钾处理的浸出液中,铜、铅的含量基本不变,锌的含量出现轻微下降,镉的含量出现轻微上升。在采用钝化技术实施土壤重金属污染修复工程时,除了需根据重金属类型选择合适添加量的药剂外,还应结合加速碳化试验,明确污染因子在碳化作用下的稳定性变化情况,以保证修复效果。

石煤提钒尾渣基钙长石烧结砖的烧结及重金属固化机理

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。石煤提钒尾渣是一种危险的工业废弃物,综合利用石煤提钒尾渣具有重要的环保与经济意义。本研究以石煤提钒尾渣为主要原料制备了建筑用烧结砖,研究了烧成温度对样品结构和性能的影响规律,探究了Cu、V和Zn重金属浸出活性的钝化机理。结果表明:烧成温度显著影响烧结砖的相组成、显微结构和性能。适当提高烧成温度不仅有助于石英与原料中的碱性物质反应,生成富硅液相,提高样品的致密度,而且促进了黄长石向钙长石转变及莫来石生成。这些晶相与玻璃相互胶结,赋予制品较高的致密度和抗压强度。此外,提高烧成温度增大了制品中Cu、V和Zn的残渣态含量,减小了制品的孔径与孔容积,从而实现了Cu、V和Zn的固化。采用烧成温度为1 200℃,保温时间为3 h的工艺制度,制备出的建筑用烧结砖的各项性能均满足《烧结普通砖》(GB/T 5101—2003)中Mu25等级的要求,且制品的Cu、V、Zn重金属浸出浓度均低于标准值。研究结果为石煤提钒尾渣的综合利用提供了新的思路。