柱淋滤模式下生活垃圾焚烧炉渣中Cu 2+ 和Zn 2+ 浸出规律
发布时间：2022-01-08 18:00
垃圾焚烧炉渣是一种活性材料,在其储存、预处理及应用等过程与雨水频繁接触时,炉渣中重金属随着水域环境发生迁移和浸出现象。本研究采用连续柱淋滤试验装置模拟自然降雨,开展了0～5mm和5～10mm焚烧炉渣的动态淋滤毒性浸出分析,重点研究了p H和降雨强度对Cu2+和Zn2+的浸出影响。结果表明,动态淋滤过程中,淋滤液p H变化对Cu2+和Zn2+的浸出水平影响显著,且在酸性较强淋滤液作用下Cu2+浸出水平比Zn2+更强,与Ⅴ类地表水环境浓度限值对比,在整个淋滤时间内Cu2+浸出浓度严重超标,在炉渣工程应用时需预防相关的环境风险;原生炉渣粒径大小与重金属浸出水平无直接相关性,但是0～5mm细炉渣中可浸出Zn2+含量更高,这与细颗粒物中Zn赋存形态和可溶出态含量较高有关;淋滤强度对重金属浸出水平影响主要反应了动态淋滤过程液固比和水分运移速率情况,当较低淋滤强度时具有低液固比,溶出液中重金属含量较高。
【文章来源】：化工进展. 2020,39(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
模拟雨水淋滤试验装置
图2是不同p H下粒径0～5mm原生炉渣中Cu2+和Zn2+浸出浓度随时间变化。淋滤液pH=1时炉渣中两种金属离子的浸出水平均高于p H=3和p H=5，在动态淋滤过程，淋滤液初始酸碱度是固定的，但固液比是动态波动的，随着固液接触时间变化，强酸性淋溶情况下炉渣中Cu2+和Zn2+仍呈现出较高的浸出水平。这与静态毒性浸出p H对重金属浸出的影响规律相似[19]。可以看出，随着注液时间推移，动态淋滤过程浸出液中Cu2+和Zn2+浸出浓度变化规律相似，大致可分为三个阶段：第一阶段即淋滤前期（第1～7月）为持续快速下降阶段，第二阶段即淋滤中期（第7～13月）为缓慢下降阶段，第三阶段即淋滤后期（第13～48月）为稳定阶段。东南大学刘兆鹏[20]在研究降雨作用下固化稳定化重金属污染土柱淋滤试验时，土柱底部渗出液中重金属随时间的变化规律与之一致。淋滤前期，Cu2+的释放污染强度最高，浸出浓度显著持续下降，从淋滤第13个月开始Cu2+浸出浓度趋于平缓、变化幅度不大，但仍保持较高的水平。对比Ⅴ类地表水浓度限值（该标准主要适用于农业用水区及一般景观要求水域，Cu浓度限值为1mg/L），在实验时间段内（转化为自然降雨后约为两年时间），不同p H淋滤液浸出试验中Cu2+的浸出浓度都超过了Ⅴ类地表水浓度限值，即超标率为100%。尤其在淋滤液pH=1时Cu2+在浸出液中最高含量超过了限值20倍；在p H=5淋滤过程中Cu2+最低含量也是限值的1.36倍。该试验结果与余磊等[13]在研究不同p H (p H=3、7、10）时焚烧炉渣中重金属浸出情况的结论一致，重金属浸出量随着p H的降低而升高，在p H=3的酸性条件下重金属浸出量最大。可见炉渣虽不是危险废弃物，但在实际应用过程，尤其发生酸性污染时重金属浸出量也需要引起关注。在整个淋滤周期内，在酸性较强淋滤液环境下Zn2+浸出水平比Cu2+更低。在三种酸碱度淋滤液作用下，一致性表现出前7个月Zn2+浸出浓度下降较快，最显著表现是淋滤液p H=3时Zn2+浸出浓度由3.6mg/L下降到0.5mg/L；从第13个月开始趋于稳定，变化几乎不明显，但还没有达到淋滤的极限，随着时间的变化炉渣还会持续不断的向外释放污染物。三组p H淋滤土柱在初始淋滤期内（2个月），淋滤液中Zn2+浓度已低于Ⅴ类地表水浓度限值。总的来看，Zn2+浸出水平较Cu2+弱，主要与炉渣中这两种元素的含量与其赋存状态有关。
粒径0～5mm和5～10mm粒径原生炉渣中Cu2+和Zn2+浸出水平具有差异性，从图4可以看出，淋滤前期（第1～7个月），在柱淋滤条件下两种粒径炉渣中Cu2+浸出浓度基本一致；在淋滤中后期，0～5mm小粒径炉渣中Cu2+浸出浓度略大于5～10mm炉渣；在p H=3和p H=5的淋滤条件下，整个淋滤期内两种粒径炉渣中Cu2+随时间变化也较一致，淋滤前期粒径5～10mm炉渣中Cu2+浸出浓度略大于粒径0～5mm炉渣，淋滤中后期两者基本一致。总的来说，不同酸度淋滤环境中，粒径范围对于炉渣中Cu2+浸出水平影响不大。从图5两个粒径范围炉渣的Zn2+浸出水平可以发现，0～5mm小粒径炉渣土柱淋滤液中Zn2+浸出浓度高于5～10mm大粒径炉渣土柱，可见粒径范围对于炉渣中Zn2+的浸出水平有很大的影响。究其原因可能是在0～5mm粒径范围炉渣中可溶出态Zn含量较高。Zhao等[21]通过研究粒径与炉渣中重金属浸出的相关性，发现对于Cr和Zn而言炉渣粒径越小，其浸出浓度越高。该结论与本文试验结果有着相似的规律。因而，围绕炉渣应用过程中重金属浸出水平分析炉渣的环境影响，还应全面考虑不同化学特性的重金属浸出规律。2.4 不同降雨强度对炉渣中Cu2+和Zn2+浸出影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]生活垃圾焚烧炉渣沥青混合料的耐久性能[J]. 刘栋,李立寒,杨昆. 同济大学学报(自然科学版). 2016(01)
[2]不同pH浸提条件对生活垃圾焚烧炉渣重金属浸出影响研究[J]. 余磊,谢益东,季海冰,庞晓露,刘劲松. 环境科学与管理. 2016(01)
[3]对生活垃圾焚烧产物中重金属的探讨[J]. 杜锋,程温莹,程艳茹,石友香. 环境科学与管理. 2011(09)
[4]初始pH值、液固比对某焚烧炉灰重金属渗滤的影响[J]. 陆胜勇,池涌,严建华,李晓东,倪明江,岑可法. 环境科学学报. 2003(01)
硕士论文
[1]降雨作用下固化稳定化重金属污染土浸出特性的模型试验与数值模拟研究[D]. 刘兆鹏.东南大学 2015
本文编号：3577021
【文章来源】：化工进展. 2020,39(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
模拟雨水淋滤试验装置
图2是不同p H下粒径0～5mm原生炉渣中Cu2+和Zn2+浸出浓度随时间变化。淋滤液pH=1时炉渣中两种金属离子的浸出水平均高于p H=3和p H=5，在动态淋滤过程，淋滤液初始酸碱度是固定的，但固液比是动态波动的，随着固液接触时间变化，强酸性淋溶情况下炉渣中Cu2+和Zn2+仍呈现出较高的浸出水平。这与静态毒性浸出p H对重金属浸出的影响规律相似[19]。可以看出，随着注液时间推移，动态淋滤过程浸出液中Cu2+和Zn2+浸出浓度变化规律相似，大致可分为三个阶段：第一阶段即淋滤前期（第1～7月）为持续快速下降阶段，第二阶段即淋滤中期（第7～13月）为缓慢下降阶段，第三阶段即淋滤后期（第13～48月）为稳定阶段。东南大学刘兆鹏[20]在研究降雨作用下固化稳定化重金属污染土柱淋滤试验时，土柱底部渗出液中重金属随时间的变化规律与之一致。淋滤前期，Cu2+的释放污染强度最高，浸出浓度显著持续下降，从淋滤第13个月开始Cu2+浸出浓度趋于平缓、变化幅度不大，但仍保持较高的水平。对比Ⅴ类地表水浓度限值（该标准主要适用于农业用水区及一般景观要求水域，Cu浓度限值为1mg/L），在实验时间段内（转化为自然降雨后约为两年时间），不同p H淋滤液浸出试验中Cu2+的浸出浓度都超过了Ⅴ类地表水浓度限值，即超标率为100%。尤其在淋滤液pH=1时Cu2+在浸出液中最高含量超过了限值20倍；在p H=5淋滤过程中Cu2+最低含量也是限值的1.36倍。该试验结果与余磊等[13]在研究不同p H (p H=3、7、10）时焚烧炉渣中重金属浸出情况的结论一致，重金属浸出量随着p H的降低而升高，在p H=3的酸性条件下重金属浸出量最大。可见炉渣虽不是危险废弃物，但在实际应用过程，尤其发生酸性污染时重金属浸出量也需要引起关注。在整个淋滤周期内，在酸性较强淋滤液环境下Zn2+浸出水平比Cu2+更低。在三种酸碱度淋滤液作用下，一致性表现出前7个月Zn2+浸出浓度下降较快，最显著表现是淋滤液p H=3时Zn2+浸出浓度由3.6mg/L下降到0.5mg/L；从第13个月开始趋于稳定，变化几乎不明显，但还没有达到淋滤的极限，随着时间的变化炉渣还会持续不断的向外释放污染物。三组p H淋滤土柱在初始淋滤期内（2个月），淋滤液中Zn2+浓度已低于Ⅴ类地表水浓度限值。总的来看，Zn2+浸出水平较Cu2+弱，主要与炉渣中这两种元素的含量与其赋存状态有关。
粒径0～5mm和5～10mm粒径原生炉渣中Cu2+和Zn2+浸出水平具有差异性，从图4可以看出，淋滤前期（第1～7个月），在柱淋滤条件下两种粒径炉渣中Cu2+浸出浓度基本一致；在淋滤中后期，0～5mm小粒径炉渣中Cu2+浸出浓度略大于5～10mm炉渣；在p H=3和p H=5的淋滤条件下，整个淋滤期内两种粒径炉渣中Cu2+随时间变化也较一致，淋滤前期粒径5～10mm炉渣中Cu2+浸出浓度略大于粒径0～5mm炉渣，淋滤中后期两者基本一致。总的来说，不同酸度淋滤环境中，粒径范围对于炉渣中Cu2+浸出水平影响不大。从图5两个粒径范围炉渣的Zn2+浸出水平可以发现，0～5mm小粒径炉渣土柱淋滤液中Zn2+浸出浓度高于5～10mm大粒径炉渣土柱，可见粒径范围对于炉渣中Zn2+的浸出水平有很大的影响。究其原因可能是在0～5mm粒径范围炉渣中可溶出态Zn含量较高。Zhao等[21]通过研究粒径与炉渣中重金属浸出的相关性，发现对于Cr和Zn而言炉渣粒径越小，其浸出浓度越高。该结论与本文试验结果有着相似的规律。因而，围绕炉渣应用过程中重金属浸出水平分析炉渣的环境影响，还应全面考虑不同化学特性的重金属浸出规律。2.4 不同降雨强度对炉渣中Cu2+和Zn2+浸出影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]生活垃圾焚烧炉渣沥青混合料的耐久性能[J]. 刘栋,李立寒,杨昆. 同济大学学报(自然科学版). 2016(01)
[2]不同pH浸提条件对生活垃圾焚烧炉渣重金属浸出影响研究[J]. 余磊,谢益东,季海冰,庞晓露,刘劲松. 环境科学与管理. 2016(01)
[3]对生活垃圾焚烧产物中重金属的探讨[J]. 杜锋,程温莹,程艳茹,石友香. 环境科学与管理. 2011(09)
[4]初始pH值、液固比对某焚烧炉灰重金属渗滤的影响[J]. 陆胜勇,池涌,严建华,李晓东,倪明江,岑可法. 环境科学学报. 2003(01)
硕士论文
[1]降雨作用下固化稳定化重金属污染土浸出特性的模型试验与数值模拟研究[D]. 刘兆鹏.东南大学 2015
本文编号：3577021
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