高铁酸盐的制备工艺研究及表征

采用次氯酸盐氧化法建立了高铁酸盐的制备工艺,探讨了铁盐种类、反应时间、反应温度、原料配比、补加碱量对制备高铁酸盐产率和纯度的影响。结果表明:采用Fe(NO3)3作为铁盐,在反应温度20℃、反应时间为75 min、Fe3+和NaClO摩尔比为0.2∶1.0的条件下,高铁酸盐的产率和纯度分别为38.2%和88.7%,补加碱量对高铁酸盐产率和纯度没有明显影响。采用紫外-可见吸收光谱和红外光谱等分析手段对产物进行表征,结果表明该产物是目标物-高铁酸钾。

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO_(2)对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.

碳化对焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力研究

为探究我国不同地区生活垃圾焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力,选取我国8个典型地区的飞灰为研究对象,采用加速碳化试验模拟飞灰长期填埋场景,通过重金属浸出试验探究碳化前后其重金属浸出浓度的变化情况,通过热重分析研究其对CO_(2)的实际吸收能力,同时基于Steinour方程研究2009—2021年我国飞灰对CO_(2)的理论吸收能力.结果表明:通过浸出试验得知加速碳化后飞灰中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别下降了10%~18%和9%~30%,其中上海市和河南省飞灰样品中Zn的浸出浓度已低于生活垃圾填埋场入场要求.《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)的发布实施导致飞灰中碱性成分占比上升,使得飞灰对CO_(2)的吸收潜能增至标准发布之前的约1.38倍.以贵州省、上海市、山东省、北京市、广东省、辽宁省、河南省、天津市8个不同地区的飞灰样品为例,通过Steinour方程推算得到2020年我国飞灰对CO_(2)的理论吸收量达339.93×10^(4)t,约占2020年我国碳排放总量的0.034%.对上海市、北京市及河南省3个飞灰样品进行加速碳化试验,通过热重曲线得到飞灰在碳化前后CaCO_(3)分解段的失重率,进一步推算出2020年我国飞灰对CO_(2)的实际吸收量达16.34×10^(4)t,占其理论吸收量的4.8%,飞灰对CO_(2)的实际吸收量小于其理论吸收量的主要原因是,在加速碳化过程中产生的碳酸钙及其他聚合物包裹飞灰,使外部CO_(2)难以进入飞灰内部.研究显示,加速碳化对飞灰“减污”效果明显,但“降碳”效果仍需对碳化场景以及预处理过程的工艺参数进行优化,以期最大限度地提高飞灰对CO_(2)的实际吸收能力.

不同浸出标准下飞灰中重金属浸出效果分析

以8处不同地域的生活垃圾焚烧飞灰作为研究对象,采用XRD,XRF、扫描电镜等检测手段了解生活垃圾焚烧飞灰的基础物化性质,并通过醋酸缓冲溶液法(HJ/T 300-2007)、硫酸硝酸法(HJ/T 299-2007)以及美国标准毒性浸出法TCLP,对焚烧飞灰中重金属的浸出效果进行对比研究,采用ICP-MS对浸出液污染物质量浓度进行测定.研究表明,生活垃圾焚烧后产生飞灰的主要化学组成有KCl,NaCl,Ca(OH)_(2),CaO,SiO_(2)等.3种浸出标准仅对于本次研究飞灰中未达到填埋标准的重金属浸出浓度作比较,硫酸硝酸法对于重金属Pb的浸出效果较好;美国浸出毒性TCLP浸出程序对于重金属Se的浸出效果较差;醋酸法对于重金属Zn,Cd,Ni的浸出效果较好.相比3种浸出标准下,醋酸缓冲溶液对于重金属浸出效果较好,且浸出结果稳定.

飞灰道路利用的环境风险及其时空分异特性

为在综合考虑长期风化导致的污染物释放变化、区域气候条件差异、以及参数不确定性影响下,精细评估飞灰道路基材资源化利用过程对浅层地下水资源(在饮用水质量方面)潜在风险及其时空分异特性,提出了一种综合的基于风险的方法,可用于评估碱性废料(如焚烧飞灰)部分替代公路垫层材料的回收潜力.将估算源浓度的浸出试验结果与风险评估程序中通常采用的归趋-迁移模型相结合,通过实验室浸出试验模拟未风化和风化条件下的污染物释放,采用Monte Carlo方法模拟参数不确定性对风险的影响,针对不同气候特征对环境风险区域特性的影响进行评估.结果显示:在华北地区典型气候条件下,所识别的7种目标污染物中,Zn、Cd和Pb存在暴露点预测浓度超标的可能,超标概率分别为34%、96%和7%,导致其暴露浓度(以95%分位值表征)均超标,环境风险不可忽视;碳酸化作用会使得部分污染物的溶出特性发生变化,并导致长期风险的变化,具体到碳酸化后的暴露浓度,Cd呈下降趋势,Ni和Zn基本不变或变化较小,Cr、Cu、As明显增加但仍显著低于标准限值,而Pb离子暴露浓度显著增加的同时超标情况从1倍增加到3.5倍,需要引起重点关注;由于降雨等区域差异化参数的影响,不同区域之间风险差异较大,差异最大的干旱区和半干旱区暴露浓度相差近2倍;不同区域超标的共性污染物为Zn和Cd,另外,湿润/半湿润区域还存在Pb暴露浓度超标.