医疗垃圾焚烧飞灰的酸浸及硫化

孙庆乾

潍坊市园林环卫服务中心 山东潍坊 261011

1 材料和方法

1.1 飞灰元素组成和实验方法

研究以中国南方某医疗废物焚化产生的飞灰为研究对象。炉内空气污染控制装置分别为活性炭喷射装置、袋式除尘器、急冷装置和湿法除酸塔。在稳定运行期间，从布袋除尘装置中采集灰分样品。采用mds-6 型微波消解仪和aas-600 原子吸收光谱仪测定了粉煤灰中的重金属。采用飞灰重金属含量、浸出浓度和危险废物鉴别标准[1]。采用HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性- 硫酸- 硝酸法》。针对重金属CD、Cr 含量较低，浸出浓度较低的特点，本文重点研究了铅、铜、锌三种重金属。

1.2 分析方法和实验的步骤

用盐酸和去离子水制备不同pH 值的萃取剂。根据不同的液固比（L/S=5/1、10/1、20/1、30/1 和40/1）制备粉煤灰和萃取剂。矿浆在scgz-211b 型振动筛上以3600r/h 的速度振动不同时间（10-60min），振荡结束后，过滤浸出液，用原子吸收光谱法分析重金属浓度，并对残余灰分进行消解，分析重金属含量，计算其含量重金属的质量平衡。粉煤灰中重金属的酸浸率是酸浸后溶液中重金属浸出量与原灰中重金属总量的比值。硫化实验中，在酸浸液中加入不同摩尔比（0．5-2．0）的Na2S 溶液（Na2S·9h2o），在振动台上以3600r/h 的速度进行硫化振荡。振荡后，过滤飞灰/Na2S 溶液，测定滤液中重金属离子浓度。重金属的硫化速率为重金属与重金属硫化物的比值，按式x=（nm-Na）/nm×100%计算。

2 结果与讨论

2.1 飞灰浸酸

2.1.1 pH 值的影响

研究不同pH 值的盐酸对粉煤灰（L/S=20/1，t= 三十分钟）中重金属的影响。在低pH 下，重金属化合物被酸化成离子态。随着pH 值的增加，滤液中重金属离子浓度降低，说明pH 值越高，重金属化合物不易溶解，仍以结合态或氧化态存在，可溶性重金属离子进入离子态的浓度降低。

2.1.2 酸浸时间的影响

实验在三十分钟前，酸浸速率随时间逐渐增加，然后逐渐趋于平衡，因为可溶性重金属盐在溶液中的水溶性在一定时间内稳定，溶液达到离子平衡状态，离子浓度趋于稳定[2]。长期以来，溶液pH 值略有升高，溶液中有少量金属阳离子灰吸附在粉煤灰颗粒表面，三十分钟后，铅、铜的酸浸率略有下降。

2.1.3 液固比（L/S）的影响

当液固比小于20/1 时，重金属的酸浸率显著提高，锌、铅、铜的酸浸率分别达到91．29%、79．18% 和85．67%。随着液固比的增加，酸浸速率趋于平衡。

2.2 浸出液中重金属的硫化沉淀

2.2.1 Na2S 摩尔比的影响

通过浮选将重金属转化为硫化物。Na2S 用量、溶液pH 值、固化时间等参数都会影响重金属的硫化效果。Na2S 的用量由浸出液中锌、铅、铜的总量决定。滤液加入Na2S 溶液中，重金属离子与S2- 反应生成金属硫化物，少量S2- 与水中O2+ 结合生成SO42-，少量Na2S- 加入Na2S 溶液S2- 在强酸条件下与H+ 反应生成H2S 气体。

2.2.2 硫化时间的影响

因为滤液中可溶的重金属离子如氯化物和氧化物迅速转化为硫化物，然后不溶性的氧化物和氢氧化物也会转化。不一样的重金属化合物硫化物转化可能引起复杂的反应。锌在0．5h 和1h 的硫化率分别为85．47% 和87．39%，这可能与粉煤灰中剩余未反应部分进入SiO2 晶格和Al2O3 有关。

2.2.3 pH 值的影响

随着pH 值的增加，粉煤灰中重金属的硫化速率降低，当pH值大于或等于4 时，粉煤灰中重金属的硫化速率均小于30%。pH=2 时， 锌、 铅、 铜 的 硫 化 率 分 别 为85．47%、72．78% 和77．56%，pH=2 的酸浸灰渣中重金属的浸出浓度满足生活垃圾填埋场允许的填埋浓度限值。

2.3 残灰特性分析

2.3.1 飞灰物相经过酸洗的改变

与粉煤灰样品有关的这些峰晶体结构较复杂。酸洗粉煤灰的峰值与原灰相似。原灰的主要晶相为CaSO4、SiO2、NaCl、KCl 等，这与医疗废物中PVC 塑料和消毒剂含量高有关，从而带来大量含氯粉煤灰[3]。酸浸后，大部分的酸溶性化合物如氯化物、Fe2O3和MgO 被去除，在2θ=31．6°和45．4°时峰减少或消失。

2.3.2 浸出毒性的残灰重金属

原灰中锌、铅、镉含量明显超过生活垃圾填埋允许限值，pH ≥3 的残灰中铅、镉均有不同程度的超标。这其实是因为医疗废物中作为稳定剂和塑料颜料含有较多的镉。

3 结语

本篇通过研究操作参数对粉煤灰中重金属的酸浸率和硫化速率的影响，将反应前后粉煤灰中重金属的含量进行比较，得出以下结论。一，粉煤灰中氯化物含量为35．5%。确定了医疗废物焚烧飞灰酸浸的最佳工艺参数：液固比20/1，酸浸时间三十分钟，pH 值为2。在此条件下，重金属锌、铅、铜的酸浸率分别为91．29%、79．18%和85．57%。二，确认了医疗废物焚烧飞灰中重金属硫化分离的最佳工艺参数为：Na2S 摩尔比为1．4，固化时间三十分钟，pH 值为2。在此条件下，重金属锌、铅、铜的硫化率分别为85．47%、72．78%和77．56%。这些重金属硫化物经浮选回收，废液达到废水综合排放标准，可直接排放。三，酸浸后的残余灰主要由CaSO4、SiO2等复杂稳定的硅酸盐组成，不易渗滤，符合污染控制标准，可直接填埋。