BCR改进法提取稀土冶炼废渣中的重金属元素Cr、Mn、Zn和Pb

金属的赋存形态对其生物有效性、环境危害性等非常重要,为探究稀土冶炼废渣中重金属的赋存形态以及潜在风险,本文用改进的顺序提取法(BCR改进法)对酸不溶渣、除放射滤渣和最终中和渣中重金属元素Cr、Mn、Zn和Pb的赋存形态进行研究。结果显示酸不溶渣提取效果最好,最终中和渣提取效果次之,除放射滤渣提取效果最差;酸不溶渣中的Mn和Zn主要以弱酸提取态和可还原态为主,Pb主要以可还原态和可氧化态为主,酸不溶渣中重金属的活性为排序:ZnMnPbCr;最终中和渣中Cr、Zn、Mn和Pb以残渣态为主。     

粒径对餐厨沼渣热解制备生物炭中磷和重金属的影响

以3种粒径餐厨沼渣为原料,在600℃下热解制备生物炭,研究粒径对沼渣（BR）及生物炭（BRC）中磷和重金属的影响,并采用TCLP浸出毒性和重金属潜在生态风险评估对其安全性进行系统研究。结果表明：BR及BRC中的磷主要以酸溶态磷（HCl-P）为主,残渣态磷（Res-P）次之,其余磷形态含量较低,总磷含量均呈现出随粒径增大而降低的趋势。热解促进H₂O-P、NaHCO₃-P和NaOH-P向HCl-P和Res-P转化。随着粒径的增大,BR中Cu、Zn总量增加,Cr减少,BRC中的Cr、As总量增加,Zn、Pb减少。并且BR中Cr、Zn、Pb和As中可氧化态和残渣态F3+F4随粒径增大而减少;BRC中Cr、Pb、As中F3+F4随粒径增大而减少,而Cu、Zn、Cd与之相反。TCLP浸出毒性和重金属潜在生态风险评估结果表明BR及BRC中重金属均属于低风险水平。     

工业硫化砷渣的性质研究与环境风险分析

采用湖北某冶炼厂工业硫化砷渣作为试样,对其腐蚀性、酸度、粒径分布、基本元素组成、表面形态、沉降性能、重金属浸出毒性和元素形态及分布等物理化学性质进行了研究。研究表明,该硫化砷渣中的Cu主要以可氧化态和残余态形式存在,Pb主要以可氧化态形式存在,Zn、Cd主要以酸可提取态和残余态的形式存在。其浸出酸度达到62.55 mg/g,具有很强的腐蚀性。在酸雨条件下,工业硫化砷渣中的重金属形态可以发生转化,易对环境造成二次危害。但是,该废渣中w(As)接近30%,可作为砷原料再利用。     

城市污泥焚烧渣中重金属的浸出特性

城市污泥焚烧渣中重金属种类较多、浓度较高,随意处置存在环境生态风险。本文在对污泥及其焚烧渣中重金属形态进行分析的基础上,模拟实际酸雨条件,开展污泥焚烧渣中重金属的浸出特性研究。实验结果表明,与污泥相比焚烧渣中各重金属的残渣态比例显著增大,有效态、有机结合态比例大幅减小,但各重金属的铁锰氧化态比例仍然较高(18%~65%),可迁移性和潜在生态风险较大。静态浸出实验发现灰渣中大部分重金属的浸出率随着浸出时间的延长、液固比的增加、pH和粒径的减小而增大,其中pH的影响最为显著。动态淋溶实验表明降低淋溶液pH、延长淋溶时间各重金属的浸出总量增加,动态淋溶过程中各重金属浸出率要明显高于静态浸出率;各重金属的浸出主要集中在前三年,浸出量占其总浸出量的50%~100%,其中As、Zn、Cr、Cd、Pb的浸出比例较高,其整体浸出能力与重金属形态分析结果较为一致,需重点关注。在上述实验基础上,结合资料分析,提出适合我国国情的污泥焚烧渣处置建议。     

剩余污泥中重金属形态分布及浸出特征研究

剩余污泥具有改良土壤结构、增加土壤肥力、促进农作物生长等优点,由于含有有害的重金属等,妨碍其农用。通过对剩余污泥中重金属形态分布及浸出特征研究,结果显示,剩余污泥中Cu、Zn、Ni、Cr及Pb交换态含量都比较少,Cu、Zn、Ni主要以碳酸盐结合态、铁锰氧结合态和硫化物及有机结合态存在,Cr、Cd和Pb主要以残渣态存在;在酸性条件下,交换态、碳酸盐结合态溶出量大,并且溶出量都随浸出时间的延长而增加。     

污泥掺烧生物质的重金属排放特性研究

针对城市污泥焚烧面临的重金属污染严重等问题,提出了在城市污泥中掺烧生物质解决重金属污染的新方法,并利用5 k W鼓泡流化床进行试验研究,考查城市污泥掺烧生物质过程中重金属的含量和形态分布特性及燃烧飞灰中重金属的浸出毒性。结果表明:城市污泥掺烧生物质使Cd和As的挥发性降低,Pb、Cu和Cr的挥发性增加,对Hg的挥发性影响很小;城市污泥掺烧麦秆对Zn的挥发性影响不大,掺烧棉秆使Zn的挥发性降低;城市污泥掺烧生物质都使飞灰中Pb、As的形态稳定性降低,使Zn的形态稳定性增加,对Cu、Cr的形态稳定性影响较小;污泥掺烧不同生物质对飞灰中重金属浸出量和浸出率的影响不同,棉秆与麦秆相比更有利于降低飞灰中重金属的浸出量和浸出毒性。     

水泥窑协同处置固体废物中重金属形态分析及浸出含量研究

水泥窑协同处置固体废物是实现固废减量化、无害化和资源化利用的重要途径。本文对水泥窑协同处置飞灰、铜渣、硫酸渣、混合污泥的四条生产线的固体废物(飞灰、铜渣、硫酸渣、混合污泥)和熟料进行了重金属总量、形态分析和浸出含量的测定。重金属总量的测定结果显示固体废物中重金属含量非常高(如混合污泥中的铬元素甚至达到1.8×10⁴ mg/kg)，如果不经过妥善处理而直接堆存或排放，会对环境造成极大危害。本论文利用自主研发的连续浸提装置通过BCR连续浸提法对固体废物和熟料中的重金属(As、Cr、Cd、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn)进行了形态分析。分析结果显示固体废物中的重金属形态以弱酸可提取态和可还原态为主，经过水泥窑煅烧后，熟料中的重金属形态以残渣态为主，说明固化效果良好。实验采用标准方法对水泥胶砂试块进行养护，并对养护后的试块进行浸提，以基准水泥作为参照，结果显示在现有固废添加量下，水泥窑协同处置固废生产的水泥产品中的重金属向环境迁移的风险较低。     

城市典型金属加工土壤污染特征及植物毒性研究

研究了金属冷、热加工工艺对Cu、Zn、Pb、As土壤粒径分布规律、种子萌发毒性及植物富集特征影响。结果表明,金属热加工造成的土壤重金属污染浓度较高,重金属在细颗粒土壤中的浓度显著高于粗颗粒土壤。金属热加工土壤Cu、Zn、Pb主要以铁锰氧化物结合态存在,As的主要形态为残渣态;金属冷加工土壤Cu的主要形态为残渣态和有机结合态,Zn、Pb主要形态为铁锰氧化物结合态,As主要形态为残渣态。冷热加工工艺不同粒径土壤培养的小麦种子发芽势和发芽率均大于80%,对种子萌发毒性较小。重金属富集量为：Zn>Cu>Pb>As,植物富集作用和重金属总量、形态分布相关。     

织金县燃煤区土壤重金属含量及其结合形态

通过Tessier和Shuman法探究了织金县燃煤区土壤中水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态、强有机结合态、残渣态七种形态Zn、Pb、Cd、Ni、Cu、As、Hg等几种重金属的含量,同时测定了其土壤中各种重金属的总含量。结果显示,Zn、Pb、Cd、Ni、Cu、As、Hg等重金属在织金县燃煤区土壤中的结合形态主要以残渣态含量最高,可高达84.15%。     

矿物质化合物对含油污泥焚烧过程中重金属迁移转化的影响

为了厘清矿物质化合物对含油污泥焚烧过程中重金属迁移转化的影响规律,以胜利油田罐底含油污泥为研究对象,在水平管式炉上分别进行了含油污泥添加CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO后的焚烧实验,对获得的焚烧底灰分别进行了重金属总量、浸出特性以及风险性分析。研究结果表明：矿物质在焚烧过程中形成的残渣对重金属均有一定的吸附作用,CaO对Cu、Cr、Pb和As的吸附效果最好,其中Cu的残留率达到93.40%。不同矿物质化合物对重金属浸出的抑制效果不同,其中Al₂O₃对Cr、Zn、Pb、As、Cd的浸出特性表现出了最强的抑制效果,且Zn、Pb和As的浸出率均低于5%。矿物质对重金属风险性影响的规律性不强,CaO和Al₂O₃对降低Zn和As的风险性效果较为显著,Zn和As生物有效态含量均低于18%。     

不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析

以3种不同粒径污泥为原料,采用固定床反应器在500℃下制备生物炭。考察了3种不同粒径污泥的热解特性及其生物炭中重金属的分布特征,并运用TCLP对污泥及其生物炭的重金属浸出毒性进行了系统研究。结果表明,随着污泥粒径的增大,热解生成的生物炭和热解气产率均有所降低,而焦油产率则逐渐升高;在3种不同粒径污泥热解过程中,重金属除As外主要富集在固体产物生物炭中,相对富集系数均高于90%。随着污泥粒径的增大,污泥中Cu、Zn和Ni的含量增加,而Cr和Pb的含量则减少;虽然3种不同粒径污泥制备的生物炭中重金属的浸出规律不一致,但是污泥热解可以有效抑制重金属的浸出。生物炭中除As和Zn外其他重金属元素的浸出率均低于3.0%。     

Investigations on twenty Australian sewage sludges — their evaluation by means of chemical analysis

To evaluate twenty sludges from different places in Australia for disposal on arable land, these sludges were extracted with (a) HNO₃ to determine the ‘total’ contents of some heavy metals and other elements; (b) a solution containing DTPA to determine contents of ‘available’ heavy metals; and (c) with a CaCl₂-solution to determine contents of water-soluble heavy metals and some other elements. Measurements of the pH of the sludges, their electrolytic conductivity, NaHCO₃-extractable P, water-extractable Cl, and contents of ash and organic carbon were also made. The HNO₃-extractable Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, and Zn in the sludges were compared with those in sludges from three other countries. High correlations between HNO₃-extractable and DTPA-extractable metals were found in the Australian sludges; therefore, the HNO₃ is equally good as the DTPA as an extractant of heavy metals in sewage sludges. The correlations between HNO₃- and CaCl₂-extractable Cd, Cu, Mn, and Zn were not significant. ‘Young’ and ‘aged’ sludges from the same treatment plants consistently differed in their Na and Cl contents, which were lower in the ‘aged’ sludges. A wheat experiment treated with high application rates of a saline and metalliferous sludge showed that the balance of nutrients and the amount of soluble salts in a sewage sludge are of greater direct importance to the growth of plants than the heavy metal content of that sludge.     

电弧炉熔融医疗垃圾焚烧灰的实验研究

利用处理量为2 kg的直流电弧炉对医疗垃圾焚烧的底灰、底灰与布袋飞灰的混合灰分别进行熔融实验研究,并比较了熔融前后灰和熔渣的化学成分、物相、微观形貌、浸出毒性及重金属残留率. 结果表明,底灰主要由复杂的硅酸盐晶体组成,布袋飞灰含有大量的硬石膏(CaSO4)、氯化钠(NaCl)晶体,熔融后两种熔渣均为无定形非晶态的玻璃熔岩. 底灰、混合灰熔融后减容率分别达到78%和80.5%;熔融前布袋飞灰浸出液中Pb, Cd, Zn浓度远超过危险废物填埋限值,熔融后的熔渣中重金属固化在Si-O网格中,渗沥液中浓度极低,完全符合环保要求. 熔融后2种熔渣中Pb, Cd, Zn的残留率较低,而且混合灰熔渣中重金属残留率均低于底灰熔渣.     

氧化钙调理污泥气化过程中重金属的迁移转化规律

以CaO为主要成分的石灰常用于污泥的调理和稳定。为探究其对污泥气化过程中重金属迁移转化规律的影响,在沉降炉-固定床反应器和固定床上于600、800、1000℃进行了污泥的热解及气化实验,并分析了不同污泥样品、热解焦和气化灰中典型重金属（Mn、Zn、Cu、Cr、Ni）的含量及形态分布。结果表明,CaO的加入将稀释调理污泥中的重金属,并使Mn、Zn、Cr向稳定态转化;CaO会使重金属离子与OH-结合生成沉淀,继而在气化反应中分解成氧化物。在气化过程中,CaO会提高重金属的残留率,也会吸收其氯化物、硫酸盐等在高温下分解生成的HCl、SO₂等酸性气体,促使氧化物的生成和抑制重金属的释放。     

Comparison of the fixation of heavy metals in raw material, clinker and mortar using a BCR sequential extraction procedure and NEN7341 test

The release potential and leaching behavior of five heavy metals (As, Cd, Cr, Cu and Pb) in raw material, clinker and mortar were studied by the three-step sequential extraction procedure proposed by the commission of the European Communities Bureau of Reference (BCR) and NEN7341 leaching test. The results of two experimental methods were compared to show the fixation difference of heavy metals among three kinds of samples. The results of NEN7341 leaching test show that the maximum leached concentration of cement products is low and the leached fraction of five heavy metals represents less than 15% of the total heavy metal content of the cement product. To refer to the bulk content as a criterion of environmental impact is not appropriate. The results of sequential extraction procedures show that the bonding forms of heavy metals change a lot in three samples. The contamination factor (Cf) and the leached fraction of each element in three samples indicate that all the elements are better fixed in cement products than in raw material due to calcination and hydration. To most elements, the relative metal retention is higher in mortar than in clinker. Compared within the five analyzed elements, Cd is better retained and Cu is worse retained in the same kind of sample.     

电炉镍铁渣重金属浸出研究

通过分析电炉镍铁渣的矿物成分和物相组成,考察不同粒度电炉镍铁渣的重金属含量,采用BCR(Bureau Community of Reference)连续提取方法和调节浸提剂pH值进行电炉镍铁渣的浸出测试。结果表明:粉末状电炉镍铁渣的重金属含量最高,完整电炉镍铁渣的重金属含量小于破损的重金属含量;电炉镍铁渣属于一般工业废物,不属于危险废弃物;水溶态中重金属Cd更容易浸出,重金属Cu、Ni在弱酸环境下更容易浸出,在可还原状态下重金属Cr、Pb和Mn更容易浸出,在可氧化态下Zn和Cu更容易浸出;除Cu和Pb外,pH值的降低会导致电炉镍铁渣中的重金属浸出量增大,呈L型浸出曲线,Cu在碱性环境下会加速浸出,而Pb只有在强碱环境下才会大量浸出,因此在强碱环境下要注意Pb的浸出检测。     

扬州古运河三湾段沉积物中重金属潜在生态风险评价及形态变化特征

扬州古运河是京杭大运河最古老的一段,为了解沉积物中重金属污染状况,采用Hakanson潜在生态风险评价扬州古运河三湾段沉积物中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb的风险水平,并对形态分布特征进行了研究。结果表明:扬州古运河六种重金属的含量均高于背景值,其中Cd含量为其背景值的13.15倍。沉积物中重金属的累积潜在生态风险指数RI高达456.55,沉积物的总体潜在生态风险等级为强。沉积物中Pb的主要赋存形态主要以铁锰氧化态存在,而Zn和Cd主要以酸可溶态形式存在,说明这三种重金属的潜在生态风险水平较高。     

Content, mobility and transfer behavior of heavy metals in MSWI bottom ash in Zhejiang province, China

Municipal solid waste incinerator (MSWI) bottom ash samples were taken from six cities of Zhejiang province, where 1/4 incinerators of China were located. The samples were instrumentally analyzed to detect the content of heavy metals. Sequential extraction procedure (SEP) was adopted to characterize the mobility and environmental impact of heavy metals. And the transfer coefficients of heavy metals from the input MSW to the bottom ash during the incineration were also calculated. It showed that the average content of Zn, Mn, Cu, Pb and Cr in the bottom ash exceeded 300 mg/kg, which was much higher than that in the soils. SEP results showed that although the residue fraction was the primary fraction of the heavy metals in the bottom ash, there were still 1.84 mg of Cd, 86.21 mg of Cu, 83.46 mg of Pb and 939.46 mg of Zn in 1 kg bottom ash having the potential of leaching, which indicated a great threat to the surrounding environment. The result of coefficients calculation revealed that almost all the Cu, Cr, Mn and Ni in the input MSW were transferred to the bottom ash during the incineration. Bottom ash was also the main destination of Cd, Co, As, Mo, Pb and Zn though considerable amounts of those metals were transferred to the raw gas.