試析固體廢棄物焚燒過程中鉻的釋放及脫除分析

才興

摘 要：該文介紹了焚燒法在處理固體廢棄物時的優勢與劣勢，對造成其劣勢的鉻釋放進行了詳細分析，討論了不同因素對鉻釋放的影響與相應的控制策略，并介紹了目前常用的鉻脫除技術能效，希望有助于重金屬污染的抑制。

關鍵詞：固體廢棄物 焚燒 鉻釋放 鉻脫除

中圖分類號：X70 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0109-01

焚燒法仍是我國處理固體廢棄物的常用方式之一，但由于這種方法缺乏對重金屬鉻的專門處理方案，產生的毒性污染比較高，所以近些年來越發受到人們的質疑。因此，有必要探討焚燒固體廢棄物時鉻的釋放機理以控制其釋放量，并采取適當的脫除措施抑制高毒性鉻物質的析出。

1 固體廢棄物的焚燒概述

1.1 使用焚燒法處理固體廢棄物的優勢

在固體廢棄物的處理方法中，焚燒法是相當傳統的一種，其有效性長期以來是有目共睹的。焚燒法的具體優勢包括以下幾種：其一，能令固體廢棄物大幅減量，通過焚燒處理的固體廢棄物，質量和體積往往能減少90%以上；其二，能做到一定程度的無害化，不像填埋處理一樣會對土壤和水流造成污染；其三，部分固體廢棄物在焚燒后的殘渣具有一定的資源價值，此外，焚燒過程中產生的大量熱能也能作為能源使用。但是，近年來的固體廢棄物成分愈發復雜，焚燒中的各種污染物顯著增加，大幅削弱了焚燒處理無污染這一優勢。

1.2 使用焚燒法處理固體廢棄物的缺陷

目前，以焚燒法處理固體廢棄物已經屬于一種較為落后的處理方式，其主要的缺陷包括如下兩點：第一點是在焚燒時無可避免地會產生大量的煙塵和二氧化碳，前者會造成大氣污染，雖然現代焚燒大多使用煙塵凈化裝置予以控制，但由于煙塵原始濃度高，所以效果有限，后者則會加劇溫室效應。第二點是隨著固體廢棄物的成分愈發復雜化，焚燒所生成的二次污染物越來越多，尤其是諸多重金屬元素，在焚燒的作用下會生成大量的有毒物質。以本文所討論的鉻元素為例，在焚燒作用下，原本的正三價鉻會轉化為氧化物形態的正六價鉻混雜在殘渣里，但也有一定量的正六價鉻不會轉化為氧化物直接進入煙氣，這種正六價鉻的毒性是正三價鉻的百倍到千倍。因此，必須對正六價鉻的釋放加以控制，并采取適當的脫除措施。

2 固體廢棄物在焚燒時的鉻釋放

2.1 溫度對鉻釋放產生的影響

鉻作為一種重金屬，具有沸點高、蒸發壓力低的特點，揮發性較弱，所以推測溫度會改變蒸發壓力，進而對其釋放產生影響。前人已經針對這點進行了具體的試驗驗證，根據試驗結果，溫度升高的確會造成總鉻與正六價鉻的釋放率提高，而且對總鉻的影響比對正六價鉻的影響更大。舉例來說，當溫度從800℃提升到1400℃時，正六價原本5.7%的釋放率會增加到13.1%，總鉻的釋放率更會從8.3%增加到19.6%。因為固體廢棄物的焚燒一定會在高溫條件下進行，所以控制溫度是控制鉻釋放的一種有效手段，在焚燒時避免使用過高的溫度可以降低總鉻與正六價鉻的釋放率。

2.2 時間對鉻釋放產生的影響

固體廢棄物的焚燒停留時間對鉻的釋放也有一定的影響，通過試驗研究可知，這種影響主要是在正六價鉻的釋放上體現出來。在焚燒的前30min，總鉻與正六價鉻的釋放率都會緩慢增長，但在停留時間超過30min之后，只有正六價鉻的釋放率會繼續增長，總鉻中的正三價鉻會逐漸轉化成正六價鉻，鉻的總釋放率不再變化。根據這種時間影響規律可知，通過停留時間控制鉻的釋放較為困難，而且由于縮短停留時間與降低焚燒溫度存在一定的矛盾，所以通常不會運用時間要素控制鉻的釋放。

2.3 氣氛對鉻釋放產生的影響

固體廢棄物在焚燒時的氣氛主要由氧氣和氮氣組成，所以其氣氛的變化就是氧氣和氮氣的比例變化。根據相關試驗，在其他條件相同的情況下，當固體廢棄物完全在氮氣氣氛中燃燒時，總鉻的釋放率為13.3%，正六價鉻的釋放率為8.8；當固體廢棄物完全在氧氣氣氛中燃燒時，總鉻的釋放率增加到16.5%，相反，正六價鉻的釋放率降低到了1.7%。這與氧氣對正三價鉻轉化為正六價鉻這一反應的促進作用有關，氧氣比例的增加令正六價鉻大量以氧化物的形態進入殘渣，正六價鉻的釋放率自然也就下降了。因此，出于同時控制鉻釋放率和正六價鉻含量的考慮，通常加大焚燒氣氛中氮氣的比例，使焚燒在還原氛圍中進行。

2.4 氯對鉻釋放產生的影響

氯對鉻釋放產生的影響來源于兩方面，一方面是氯的存在形式，另一方面是氯的含量。從存在形式來看，如果氯以PVC的形式存在于固體廢棄物中，則會對鉻的釋放起到更大的促進作用，如果氯以氯化鈉的形式存在于固體廢棄物中，對鉻釋放起到的促進作用相對較小。從含量來看，氯對總鉻和正六價鉻的影響有所不同，具體來說，氯含量對總鉻的影響以0.1%為分界點，當含量在0.1%以下時，釋放率和氯含量成正比，當含量在0.1%以上時，氯含量的變化不會影響釋放率；氯含量對正六價鉻的影響以0.5%為分界點，當含量在0.5%以下時，釋放率和氯含量成正比，當含量在0.5%以上時，釋放率會隨氯含量的增高而輕微下降。

3 固體廢棄物在焚燒時的鉻脫除

目前，通常將二氧化硅和吸附劑混合以脫除焚燒煙氣里的鉻元素，常用的吸附劑包括氧化鋁、氧化鈣、沸石和膨潤土。不同吸附劑對總鉻和正六價鉻的脫除效果有所不同，具體來說，在脫除總鉻時，以膨潤土的效果最好，其次是沸石，然后才是氧化鈣和氧化鋁，但在脫除正六價鉻時，效果最好的是氧化鈣，其次才是沸石、膨潤土，效果最差的依然是氧化鋁。

會對鉻釋放產生較大影響的四項要素對鉻脫除的影響相對較小，舉例來說，溫度變化對吸附劑吸附總鉻的能效幾乎完全沒有影響。但需要注意的是，由于部分吸附劑對正六價鉻的吸附反應要達到一定溫度才能發生，所以這類吸附劑的吸附效果受溫度影響較為明顯，例如需要1000℃才能對正六價鉻產生高吸附效果的氧化鈣。

4 結語

我國雖然在嘗試普及新式的固體廢棄物處理技術，但進展比較緩慢，在未來相當長的一段時間內，焚燒法仍會是我國處理固體廢棄物的主要方法之一。因此，普及和發展鉻的釋放控制與脫除技術具有非常現實的意義，有進一步研究和發展的價值。

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