n-Al/CaO 分散混合體應用于生活垃圾焚燒飛灰的重金屬固定與六氯苯脫氯效果研究

于書堯，杜 兵，阿曼角·巴黑多拉，耿 超，劉建國

（1.清華大學環境學院，北京 100084；2.中國環境保護集團有限公司，北京 100082）

譯者： 于書堯；審查： 劉建國；單位： 清華大學環境學院

1 研究亮點

*利用球磨技術開發n-Al/CaO 納米分散混合體（下稱“n-Al/CaO”）并應用于垃圾焚燒飛灰的固化穩定化；

*經處理焚燒飛灰中重金屬（銅、鋅、鉻、鎘、鎳、鉛） 的固定效率可達99.9%，六氯苯的破壞去除效率可達82.43%，實現了飛灰中重金屬固定與六氯苯同步降解去除。

2 背景

生活垃圾焚燒飛灰（下稱“飛灰”） 因其含有較高濃度重金屬與毒性有機物，在我國被列為危險廢物。目前飛灰安全處置以固化穩定化后進入衛生填埋場分區填埋為主，依靠水泥固化與螯合劑穩定化，控制重金屬向環境遷移釋放，但此類方式易出現鉛浸出濃度超標問題，且不能實現對有機物總量的削減。因此，本研究以同步實現重金屬固定與有機物去除為應用目標，開發反應型固化穩定化藥劑n-Al/CaO。

3 研究方法

采用行星式球磨機在氮氣保護下制備n-Al/CaO，飛灰取自華東某生活垃圾焚燒廠，額外添加六氯苯用于有機物去除試驗；將n-Al/CaO 與飛灰按質量比1∶9 添加混合，翻轉混合進行固化穩定化試驗；采用XRF、XRD、SEM-EDS 等技術進行元素、礦相、微觀形貌分析，采用HJ/T 300—2007 固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法對重金屬浸出濃度進行測試，參考US EPA 1313 進行體系酸中和容量測試，采用索氏提取與GC/MS 對體系有機物進行提取測試。

4 主要研究結果

使用行星式球磨機制備n-Al/CaO，能夠有效細化、混合原材料顆粒。較高轉速（600 r/min） 時顆粒的破碎程度更高，產生大量新生表面；適量添加硬脂酸作為過程控制劑，能夠促進顆粒的破碎與混合，減少材料粘壁、結塊，元素分布均勻程度顯著提升。最優工藝為600 r/min 轉速、使用2%質量比的硬脂酸、有效球磨時間60 min，此時材料N600-SA 的平均粒徑為164.4 nm，反應活性高。

采用n-Al/CaO 對飛灰進行固化穩定化，對銅、鋅、鉻、鎘、鎳、鉛的固定效率可達99.9%，在最優工藝條件下浸出濃度均可穩定控制在生活垃圾填埋場入場要求以下。通過酸中和能力曲線測試，發現n-Al/CaO 增加了體系的酸堿緩沖能力，其固定重金屬的作用機理明顯區別于增強堿性的石灰固定技術。通過對反應前后的物質礦相進行分析，證實反應過程生成水鋁鈣石等新型礦物。六氯苯總量顯著降低，經逐步脫氯轉化為五氯苯、四氯苯和三氯苯，無中間產物積累；未檢測到氯苯與二氯苯，推斷反應中三氯苯易在飛灰等堿性表面開環裂解。最優工藝條件下六氯苯的降解去除率可達82.43%。

5 結論與展望

運用機械化學理論球磨制備n-Al/CaO，作為新型固化穩定化材料施用于飛灰。研究中，水鋁鈣石的生成有效強化重金屬固定，鋁水反應促使氯代有機物逐步降解。此種n-Al/CaO 材料在飛灰的同步重金屬固定與氯代有機物降解領域有巨大潛力，對其作用機理仍待深入探索。