垃圾焚燒飛灰浸出毒性含量測定

陳梅芳，方文華，朱雯毅(江蘇格林勒斯檢測科技有限公司，江蘇 無錫 214000)

0 引言

隨著城市的迅速發展，城市生活垃圾焚燒技術成為一種主要的固體廢物處理技術。但在焚燒垃圾的過程中，重金屬在高溫環境下揮發進入煙氣中，最終富集于飛灰中，若處理不當會使重金屬元素發生遷移和轉化。《國家危險廢物名錄》中垃圾焚燒飛灰被列為危險廢物，故垃圾焚燒飛灰必須進行預處理后才能到達危險廢物填埋場。生活垃圾填埋場污染控制標準GB/T 16889—2008中規定生活垃圾飛灰需經過HJ/T 300—2007的方法進行浸出，測定的濃度值應低于規定的限值要求才能進入生活垃圾填埋場進行填埋。針對上述情況，采用二甲基二硫代氨基甲酸鹽對飛灰螯合后樣品進行效果評價。

1 實驗部分

1.1 儀器和設備

電感耦合等離離子體發射光譜法(安捷倫科技有限公司，ICP-OES 5110)；石墨爐原子吸收分光光度計(安捷倫科技有限公司，240Z)；TCLP-B翻轉式振蕩器 (常州市金壇博科試驗設備研究所)；超純水器UPH-I-40L(四川優普超純科技有限公司)；提取瓶：2 L 具旋蓋和內蓋的璃瓶或聚乙烯(PE)瓶；全能型微波化學工作平臺(上海屹堯儀器科技發展有限公司，TOPEX)。

1.2 試劑與材料

1.2.1 試劑

試劑水：采用UPH-I-40 L超純水器制得，符合二級水的要求(GB/T 6682—2008)。冰醋酸和硝酸均為GR。浸提劑取17.25 mL的冰醋酸置于1 L的容量瓶中，溶液的pH值為2.64±0.05；鉛標準溶液1 000 mg/L (環境保護部標準樣品研究所); 鎘標準溶液 100 mg/L(環境保護部標準樣品研究所 );32種金屬混標 100 mg/L (國家有色金屬及電子材料分析測試中心)。

1.3 試樣制備

試驗所用垃圾焚燒飛灰樣品采自無錫益多環保熱電有限公司，依據固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法HJ/T 300—2007對飛灰樣品進行浸出。具體步驟如下：依據固液比為 1:20(kg/L)及樣品的含水率和浸提體積(1.5 L計)計算出所稱取樣品質量，置于2 L的聚乙烯瓶中，加入浸提劑，擰緊瓶蓋，置于室溫在23±2 ℃的TCLP-B翻轉式振蕩器上，轉速調至30±2 r/min，振蕩18±2 h。為防止爆炸，需在振蕩過程中不定時地釋放過度的壓力，用壓力過濾器過濾，棄去初始液，過濾并收集浸出液，于4 ℃下保存[1]。

含水率的測定：稱取50～100 g樣品置于培養皿中，把樣品放置在烘箱中(溫度為105 ℃)烘干，兩次稱重稱量值的誤差要小于±1%。

1.4 飛灰穩定化處理

水泥固化+螯合劑穩定化組合工藝，螯合劑中含有大量的極性基-NHCS=S，其中極性基中的S原子半徑比較大，且帶負電，易于極化變形從而產生負電場；并且它能夠捕捉陽離子產生難溶的TDC鹽。難溶的氨基二硫代甲酸鹽，有的是離子鍵或強極性鍵，大多數是配位鍵。同一金屬離子螯合的配價基極可能來自不同的氨基二硫代甲酸鹽分子，分子交聯生成穩定的交聯空間網狀結構的金屬螯合物，從而有極高的穩定機構。

1.5 浸出液的元素分析方法與依據

試驗測試指標根據GB/T 16889—2008中規定的危害成分濃度進行分析，測試方法按照《固體廢物22種金屬元素的測定電感耦合等離子體發射光譜HJ 781—2016》及《固體廢物鉛和鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法HJ 787—2016》[2]。

1.5.1 實驗原理

(1)石墨爐原子吸收法

樣品經消解后注入石墨爐原子化器中，溶液中所含被測元素離子在石墨管內經高溫原子化。形成的基態原子對同種元素空心陰極燈發射的特征譜線產生選擇性吸收，其吸光強度在一定范圍內與待測元素含量成正比[3]。

(2)電感耦合等離子體發射光譜法

試料由載氣帶入霧化系統進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體中。目標元素在等離子體火炬中被氣化、原子化、電離和激發，并輻射出特征譜線，經分光系統進入檢測器，在一定濃度范圍內，其特征譜線的強度與元素的濃度成正比。

1.5.2 儀器條件

石墨爐測定鉛和鎘時波長分別為283.3 nm、228.8 nm，通帶寬度均為0.5 nm，燈電流10.0 mA、4.0 mA。石墨溫度曲線如表1所示。

表1 石墨爐測試條件

電感耦合等離子發射光譜儀(ICP-OES):測量條件為讀取時間(s):5；霧化氣流量 (L/min): 0.7；RF功率(kW):1.2；等離子體氣流量(L/min):12；輔助氣流量(L/min):1；穩定時間(s):15；觀察方式:徑向；補償氣流量(L/min):0；觀察高度：8。

1.5.3 樣品的預處理

量取50 mL浸出試樣于微波消解罐中，加入5 mL硝酸溶液，按說明書的要求使用消解罐。依表2的方法進行消解，消解結束后，待冷卻到室溫，取出消解罐，為安全起見，需在通風櫥內打開罐子釋放其中的氣體。將消解液全量轉移至聚四氟乙烯坩堝中，用去離子水淋洗消解罐內壁，在電熱板上加熱至近干。用去離子水淋洗坩堝內壁，全部轉移至50 mL容量瓶，用去離子水定容至標線，搖勻，待測。如消解液中有沉淀，需進行過濾、離心分離。

1.5.4 校準曲線的配置

根據標準配置鉛、鎘、鋇、鈹、鎘、鉻、銅、鎳、鉛、鋅石墨爐原子吸收法、電感耦合等離子發射光譜儀標準溶液濃度。

2 結果與討論

2.1 原灰與螯合后飛灰的浸出毒性比對

試驗分別對原灰與固化后的飛灰樣品進行測試，如表2所示。固化后的飛灰元素鉛和鎘濃度顯著減少，其余元素均也有減少。原灰中鉛濃度為0.96 mg/L，固化后濃度為0.06 mg/L，去除效率為94%；原灰中鎘的濃度為 1.40 mg/L，固化后濃度未檢出。都能滿足生活垃圾填埋場進場要求。由此可見，該螯合劑有著顯著的效果[4]。

表2 重金屬浸出毒性測試結果

2.2 鉛鎘采用不同分析方法測定原灰及螯合后飛灰數據結果

鉛鎘采用不同分析方法測定原灰及螯合后飛灰數據結果如表3所示。

表3 鉛鎘采用不同分析方法測定原灰及螯合后飛灰數據結果 單位：mg/L

3 結語

生活垃圾焚燒衛生填埋螯合劑-二甲基二硫代氨基甲酸鈉對重金屬有穩定作用，且螯合后的飛灰各項指標均低于標準限值要求(GB/T16889-2008)，符合衛生填埋進場條件。

從以上實驗結果可以看出，兩種分析方法均適用固體廢物的測定。石墨爐原子吸收法的檢出限低、靈敏度高、再線性差，但分析速度慢，適用于低濃度樣品的測定；電感耦合等離子發射光譜法，分析速度快，且多元素同時分析，但成本高。