广东深圳市能源环保有限公司 马莉 黄俊宾 蒋冰艳 陈继明 518000
摘要：垃圾焚烧飞灰因极高的重金属而被认为是一种危险废弃物，目前飞灰处理技术主要为飞灰螯合稳定化。以飞灰螯合物为研究对象，探讨了不同取样数量对金属浸出浓度的影响。研究结果表明：由于生活垃圾成分复杂，飞灰螯合系统的不均匀性，导致取样数量较少时，飞灰螯合物金属浸出毒性不具普遍性，需积极研究长期稳定可控的螯合工艺，探索其他的飞灰处理方式，来寻求更稳定、更高效和更环保的处理工艺。
关键词：飞灰；螯合物；取样；重金属；浸出；
Study on metal toxicity of fly ash chelate leaching by different sampling methods
Abstract: the fly ash from waste incineration is considered as a kind of hazardous waste due to its extremely high heavy metal content. At present, fly ash treatment technology is mainly fly ash chelation stabilization. The effects of different sample quantities on metal leaching concentration of fly ash chelate were investigated. The results show that due to the complexity of living garbage composition and the nonuniformity of chelation of fly ash system, when the sample quantity is small, fly ash chelate metal leaching toxicity is not universal. It is necessary to actively study the long-term stable and controllable chelation process, and explore other methods of fly ash treatment, so as to seek more stable, more efficient and more environmentally friendly treatment process.
Key words: fly ash; Chelate. Sampling; Heavy metals; Leaching;
随着经济发展及城市化进程的推进，市政及生活垃圾产量随之与日俱增[1-3]，在传统市政固体废弃物（MSW）处理方法中，因焚烧能有效破坏有机毒性物质、减容减重、回收能源等优势，逐渐成为MSW资源化、无害化处理的重要发展方向[4-5]。以深圳为例，深圳作为为国内发展最为迅速城市，经济的高速发展和深圳人口的刚性增长，生活垃圾量剧增，垃圾产量超过2万吨/天，并以每年约6%的速度激增。对土地资源稀缺的深圳来说，垃圾填埋难以持续，而焚烧发电不仅可以实现垃圾减量80％以上节约填埋用地、减少污染，还可以产生发电效益。
虽然焚烧有诸多优势，但在焚烧过程中，生活垃圾中污染物富集， 产出的飞灰中含有极高成分的重金属，飞灰也因此被列为危险废物[5-6]。飞灰如果不进行正确处置直接进入填埋场或排入环境，飞灰中的重金属等有毒成分会污染水体或进入土壤中，难以清除。且通过食物链在生物体内富集，进入人体，严重危害人民身体健康。
关于飞灰处置策略主要包括两个方面： 其一是稳定之后输送到填埋场进行安全填埋；其二是制备成为建筑材料进行二次利用。目前国内垃圾焚烧企业产生的飞灰主要经固化稳定化后进行填埋，但是由于垃圾成分复杂，现有的飞灰固化工艺，由于水、灰比例限制，再加上飞灰的成分复杂，螯合剂和飞灰很难充分得到接触和搅拌，致使飞灰螯合物中重金属浸出浓度相差较大。
结合目前国内的飞灰螯合物的取样方式，以飞灰螯合物为研究对象，测试不同的取样数量对飞灰螯合物重金属浸出的影响。进而探讨飞灰中的成分分析，寻求最少取样数量达到最佳效果，以及分析目前取样的困难性，探索其他飞灰处置工艺和利用价值。
1.材料和实验方法
1.1材料
飞灰螯合物取自广东省深圳市宝安垃圾发电二厂，该电厂位于深圳市宝安区松岗塘下涌老虎坑环境园，垃圾焚烧能力可达3000t/d，飞灰经螯合后产量达100t/d，吨袋包装放置，一批按一定顺序排列，按照规定的采样间隔，每镉一个间隔采取一个份样，进行取样，依据HJ/T20标准需取样品数量50个。 本次研究以50为标准进行取样，取样数量分别为50、40、30、20、10个样品。
份样间隔根据公式（1）计算：
T≤Q/n
式中：T----采样间隔；
Q----采份样总数；
n----确定的份样数。
1.2实验方法
取飞灰螯合物50、40、30、20、10个样品；连续十天进行取样。
对取样样品浸出重金属浸出，浸出方法为：称取75-100g样品，置于2L提取瓶中，根据样品的含水率，按液固比20:1（L/kg）计算出所需浸提剂的体积，加入浸提剂，盖紧瓶盖后固定在翻转式震荡装置上，调节转速为30±2r/min，于23±2℃下震荡16±2h。在放入翻转震荡器装置前，摇晃提取瓶，释放过度压力，连续循环数次，直至有较少气体产生为止。在压力过滤器上装好滤膜，用1.00mol/L稀硝酸淋洗过滤器和滤膜，弃掉淋洗液，过滤并收集浸出液，于4℃下保存，震荡结束至浸出液浸出完成在2h内完成。
金属检测仪器：电感耦合等离子体发射光谱仪、原子荧光光谱仪。
2.结果与讨论
飞灰螯合物以Cd、Pb、Cu、Zn、Ba为主要代表元素进行分析。图片中横坐标代表取样数量，纵坐标代表以金属浸出浓度的抽样相对误差值，抽样误差为是指样本指标和总体指标之间数量上的差别，抽样相对误差为抽样误差与总体指标数值的比例。
宝安厂飞灰螯合物依据HJ/T 20标准需取样品50个，以50个样品重金属浸出浓度做真值，其余取样个数金属浸出浓度作为测量值，抽样相对误差=（测量值-真值）/真值*100%。
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图1 第一次取样 图2 第二次取样
据图可以看出，当取样样品数量越少时，金属浸出浓度相对误差越大，在第一次取样的结果中，当样品增加至30和40时，金属浸出浓度基本趋于标准取样浓度数值；但第二次取样则毫无规律，取样数量30时，铅金属相对误差较大，取样数量40时，铜、锌金属相对误差较大。
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第三次、第四次取样数据基本同前两次，当取样样品数量越少时，金属浸出浓度相对误差越大，在第三次取样的结果中，当样品增加至30和40时，金属浸出浓度基本趋于标准取样浓度数值；但第二次取样则毫无规律。
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第五次、第六次取样结果显示，当取样样品数量越少时，金属浸出浓度相对误差越大，当样品增加至30和40时，金属浸出浓度基本趋于标准取样浓度数值。
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图7 第七次取样 图8 第八次取样
据图可以看出，当取样样品数量越少时，金属浸出浓度相对误差越大，在第七次取样的结果中，当样品增加至30和40时，金属浸出浓度基本趋于标准取样浓度数值；但第八次取样则毫无规律。
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第九次、第十次取样结果显示，当取样样品数量越少时，金属浸出浓度相对误差越大，当样品增加至30和40时，金属浸出浓度基本趋于标准取样浓度数值。
3.结论
研究不同取样数量所测实验结果的对比性，发现当取样数量缩小至30、40，十次取样结果中有7次结果趋于标准取样浓度数值。
由于生活垃圾的多样性，导致焚烧之后的飞灰成分复杂，又因为飞灰在螯合涉及到一次性pH，加药配比等，很难从源头上检测各个指标，导致目前的飞灰螯合装置只能保证符合填埋标准，但在精细度上还是有欠缺，不能保证螯合物浸出金属浓度均匀有代表性。
因此在后续生产中应当研究实时检测在线pH、配比，来控制搅拌系统；积极探索长期、稳定、可控的工艺，以求飞灰螯合的均匀性、稳定性。同时研究其他的飞灰处理工艺，以求将飞灰变废为宝，将飞灰资源化，寻求环保经济的可持续发展。
参考文献:
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[5]王威，吴宁，等. 城市生活垃圾焚烧飞灰资源化利用的研究状况[J]. 北方环境，2013，25（7）：27-28
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[7]HJ/T 20-1998 工业固体废弃物采样制样技术规范