近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市垃圾焚燒處理技術(shù)得到迅速普及。初步統(tǒng)計(jì)，2005年底全國(guó)垃圾焚燒日處理能力達(dá)到3萬(wàn)t以上。按照飛灰產(chǎn)率3.00%計(jì)算，全國(guó)每年產(chǎn)生垃圾焚燒飛灰30萬(wàn)t以上。垃圾焚燒飛灰中含有大量的重金屬，屬于危險(xiǎn)廢物，在進(jìn)入危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)之前必須經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化/固化處理。傳統(tǒng)的穩(wěn)定化/固化處理技術(shù)包括水泥固化、石灰固化、化學(xué)藥劑穩(wěn)定化、燒結(jié)固化或熔融固化等[1]。石灰固化存在著固化體強(qiáng)度不高和對(duì)重金屬的穩(wěn)定效果不好等缺點(diǎn)。水泥固化是一種應(yīng)用比較廣泛的固化/穩(wěn)定化方法，在成本上具有一定優(yōu)勢(shì)。但是水泥固化增容比較大，而且不適于處理含鉛高的飛灰。熔融處理和有機(jī)螯合劑穩(wěn)定化飛灰重金屬具有很好的效果，但是高昂的處理費(fèi)用限制了其進(jìn)一步推廣。與其他方法相比，采用微波加熱選擇性浸出垃圾焚燒飛灰，使重金屬與飛灰分離，不僅可以使飛灰無(wú)毒化，還可以進(jìn)行資源回收。

微波加熱屬于體加熱，通過(guò)分子高速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)摩擦熱、無(wú)熱滯后性，具有加熱速度快、內(nèi)部加熱、選擇性加熱、加熱均勻等特點(diǎn)。在浸出時(shí)，微波加熱促使物料顆粒表面破裂，暴露出新鮮表面，有利于液固反應(yīng)的進(jìn)行；同時(shí)在外加電場(chǎng)的作用下，極性分子迅速改變方向進(jìn)行高速振動(dòng)，不僅產(chǎn)生了熱量，而且增加了物質(zhì)間的相互碰撞，強(qiáng)化了反應(yīng)的進(jìn)行[2]。因此，本研究將微波加熱優(yōu)點(diǎn)與酸浸法相結(jié)合，探索微波加熱選擇性浸出飛灰中重金屬的垃圾焚燒飛灰處置新工藝路線。

1試驗(yàn)原料

樣品采自華東某生活垃圾焚燒廠。分別采集垃圾焚燒系統(tǒng)的煙道飛灰和布袋飛灰，在實(shí)驗(yàn)室均勻混合后，在105℃烘干24h。冷卻后研磨混合均勻，用XRF- 1700型X射線熒光光譜儀測(cè)定其主要元素含量。采用改進(jìn)的ASTMD6357-00a方法[3]消解飛灰和水洗飛灰樣品，過(guò)濾(0.45μm)后采用 PEElan6000型感應(yīng)耦合等離子體原子發(fā)射光譜(重金屬)測(cè)定重金屬含量(表1)。

表1飛灰物質(zhì)組成及重金屬含量

2試驗(yàn)裝置和方法

由于飛灰中重金屬Pb和Zn含量較高，因此對(duì)重金屬的去除和回收以Pb和Zn為對(duì)象。飛灰在105℃烘干24h，然后研磨，混合均勻。先分別將不同濃度的浸出劑置于密封燒杯中，并在磁力加熱攪拌器上加熱到需要的溫度。然后，分別加入10g烘干混勻后的原飛灰或水洗飛灰后保持溫度同時(shí)攪拌。到反應(yīng)時(shí)間后泥漿立即過(guò)濾。測(cè)定浸出液中目標(biāo)重金屬含量。微波浸出過(guò)程采用新型的微波加熱密閉浸出設(shè)備，該試驗(yàn)裝置的微波功率為0～1kW，頻率為2450MHz，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫、控壓功能。

3試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1不同浸出劑對(duì)重金屬浸出的影響

在其它浸出條件不變的情況下，比較不同濃度的各種浸出劑對(duì)鋅和鉛的浸出率。浸出劑濃度小于1M時(shí)浸出效率和浸出劑濃度呈強(qiáng)的正相關(guān)性，當(dāng)濃度繼續(xù)增大時(shí)固液分離變得困難。對(duì)于1mol/L的不同浸出劑，鋅浸出率結(jié)果為硫酸81.7%、鹽酸68.4%、硝酸63.5%、醋酸59.5%、氫氧化鈉 8.7%；Pb浸出率分別為硫酸5.2%、鹽酸74.5%、硝酸65.0%、醋酸60.3%、氫氧化鈉26.7%。綜合考慮對(duì)Pb和Zn的浸出效果，選擇 1mol/LHCl作為后續(xù)試驗(yàn)浸出劑。

3.2傳統(tǒng)加熱處理對(duì)重金屬浸出的影響

將浸出劑加熱到固定溫度，加入飛灰后浸出60min。結(jié)果表明，隨著處理溫度的升高，浸出率略有提高(圖1)。當(dāng)處理溫度從30℃提高到95℃時(shí)，鋅的浸出率從59.94%提高到68.10%，鉛的浸出率從65.89%提高到70.23%。在傳統(tǒng)加熱過(guò)程中，能量是通過(guò)熱的對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射從材料表面?zhèn)鬟f給材料體的。溫度影響試驗(yàn)說(shuō)明傳統(tǒng)加熱的“熱效應(yīng)”不能顯著提高飛灰中重金屬的溶解。

3.3浸出劑濃度對(duì)垃圾焚燒飛灰重金屬微波浸出的影響

在固定微波功率為400W、液固比25、微波作用7min的條件下，鹽酸濃度對(duì)飛灰中重金屬浸出率影響的結(jié)果見圖2。從圖2可知，在微波作用下浸出劑濃度對(duì)Pb和Zn浸出率的影響與傳統(tǒng)浸出的規(guī)律一致。浸出劑濃度在1mol/L時(shí)，從飛灰中去除重金屬Pb、Zn效果最好，當(dāng)濃度較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生凝膠狀沉淀，使溶液過(guò)濾困難，從而使浸出率下降。

圖2浸出劑濃度對(duì)垃圾焚燒飛灰重金屬微波浸出的影響

3.4液固比對(duì)垃圾焚燒飛灰重金屬微波浸出的影響

固定浸出時(shí)間10min，微波功率800W，浸出劑濃度1mol/L，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。從圖3可看出，液固比對(duì)飛灰中重金屬浸出率有著重要的影響。其原因在于，隨著液固比增大，在微波加熱的作用下飛灰與浸出劑更加充分接觸，碰撞加劇，加快了體系反應(yīng)速率，同時(shí)浸出體系壓力較大，浸出劑易于滲透到物料內(nèi)部，從而可以強(qiáng)化反應(yīng)的進(jìn)行。對(duì)比圖1還可以看到，微波浸出液固比=10時(shí)浸出率要高于常規(guī)浸出時(shí)液固比=25時(shí)的浸出率，說(shuō)明微波浸出時(shí)更加經(jīng)濟(jì)。

圖3液固比對(duì)垃圾焚燒飛灰重金屬浸出的影響

3.5微波輻射時(shí)間對(duì)飛灰重金屬浸出的影響

微波輻射時(shí)間對(duì)飛灰重金屬浸出率的影響如圖4所示。

圖4微波輻射時(shí)間對(duì)垃圾焚燒飛灰中重金屬浸出率的影響

從圖4可知，微波輻射后重金屬的浸出率有了明顯的提高，并在很短的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到很高的浸出率，但是隨微波輻射時(shí)間增加鉛鋅的浸出率不再明顯提高，這是由于飛灰中幾乎全部的鉛鋅都已經(jīng)被浸出。與傳統(tǒng)加熱預(yù)處理相比，鋅的浸出率提高了20多個(gè)百分點(diǎn)，充分顯示了微波預(yù)處理的優(yōu)越性。微波加熱是一個(gè)體加熱和選擇性加熱的過(guò)程，穿透力強(qiáng)，速度快，不同于熱傳導(dǎo)方式的傳統(tǒng)加熱。

在微波場(chǎng)內(nèi)，微波透射進(jìn)入溶液導(dǎo)致充分的體加熱。因此，微波影響礦物和溶劑間的局部反應(yīng)。在單個(gè)顆粒上發(fā)生的局部過(guò)熱能夠提高反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致顆粒破裂，暴露出新鮮的表面。內(nèi)部表面積進(jìn)一步擴(kuò)大，這樣非常有利于浸出劑的進(jìn)入，提高重金屬浸出率。

3.6微波濕法穩(wěn)定化處理后飛灰殘?jiān)慕龆拘苑治?/p>

采用美國(guó)EPA的TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)毒性浸出程序(US EPASW846-1311)分析飛灰處理前后的浸出毒性。試驗(yàn)結(jié)果表明，各種重金屬的浸出濃度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)，因此微波濕法穩(wěn)定化處理后飛灰達(dá)到了無(wú)害化要求。

4結(jié)論

(1)首次提出微波選擇浸出垃圾焚燒飛灰中重金屬的無(wú)害化處理工藝路線，并得到優(yōu)化試驗(yàn)條件為浸出劑鹽酸濃度1mol/L，液固比25∶1，浸出時(shí)間4min。

(2)采用微波處理飛灰重金屬可以得到滿意的效果，微波輻射浸出與傳統(tǒng)加熱浸出相比較，Pb、Zn浸出率得到明顯提高，可以達(dá)到90%～99%；在浸出率相同的前提下，微波浸出可減少浸出劑用量，縮短浸出時(shí)間。

(3)試驗(yàn)選用新型的微波加熱密閉浸出設(shè)備去除飛灰中重金屬，處理后垃圾焚燒飛灰滿足無(wú)害化要求。

參考文獻(xiàn)

[1] Nagib S, Inoue K. Recovery of lead and zinc from fly ash generated from municipal incineration p lants by means of acid and /or alka-line leaching [ J ]. Hydrometallurgy, 2000, 56 (3) : 2692292.

[ 2 ] 彭金輝,楊顯萬(wàn). 微波能技術(shù)新應(yīng)用[M ]. 云南: 科技出版社, 1997.

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