等离子体技术在处理垃圾焚烧飞灰中的应用研究

毒性浸出方法采用美国环保署(EPA)制定的标准方法TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)，TCLP浸取条件：选取浸取液(本实验选醋酸溶液，pH=2.88±0.05)，采取的液固比为20∶1振荡器的转速为(30±2)r/min，振荡时间为18h±h。然后用孔径为0.6～0.8μm的滤膜进行过滤，将滤液用原子吸收光谱仪进行分析。
原始飞灰及其熔渣的重金属浸出特性见图3

图3飞灰及其熔渣的重金属浸出特性
飞灰熔融过程中重金属到气相的迁移特性见图4

图4熔融中飞灰重金属的挥发特性
从图3可以看出，熔渣中的重金属如Pb、Ni、Cr未能监测到(即其浓度低于仪器检测值)，而Cd的浸出浓度仅为0.0081mg/L，Zn的浸出浓度在飞灰中为5.89mg/L，而在熔渣中降低至0.0765mg/L，可见熔渣对重金属有很好的固定作用，其浸出浓度远远低于国家环保局规定的毒性浸出鉴别标准值。综合表1(飞灰重金属含量)和图4，可知飞灰的熔融处理对重金属都有较好的固化效果。重金属Zn、Cr、Cu和Ni的固化率达到90%以上，Cd和Pb的固化率也超过80%。
2.2熔融对飞灰中二恶英的分解分析
2.2.1实验方法
飞灰及其熔渣中的二恶英含量分析采用美国EPA的1613方法，样品需要经过预处理(索氏抽提、溶剂交换、浓缩、过硅胶柱和氧化铝柱，再次浓缩，氮吹)，最后加入壬烷20μL作为进机样进入仪器分析。分析仪器采用日本电子光学研究所制造的JMS-800D高分辨率色谱/质谱联用仪(HRGC/HRMS)，色谱柱为60mDB-5，质谱分辨率大于10000。
2.2.2结果分析
按上述方法对垃圾焚烧飞灰及其对应的熔融产品进行二恶英分析，结果见图5。相比于原始飞灰，等离子体熔融处理过的熔渣，其二恶英的分解效果非常显著：毒性最大的2，3，7，8-TCDD被完全分解，1，2，3，7，8-PeCDD从107.4pg/g降低至5pg/g，2，3，4，7，8-PeCDF则从389.3pg/g降到38.3pg/g，飞灰中的二恶英类物质具有毒性的17种同系物全部被不同程度地分解，有一些甚至被完全消解(其浓度低于仪器检测值)。考察二恶英的国际毒性当量I-TEQ，更能直观地了解飞灰熔融的二恶英分解效果，垃圾焚烧飞灰经过熔融处理，I-TEQ从原始飞灰中的454.172pg/g，降低到熔渣中的38.14pg/g，其分解率为91.6%。
2.3熔渣的XRD分析

图5飞灰及其熔渣中的二恶英同系物分布
采用X射线衍射仪对熔渣进行晶相分析，观察其晶相结构，熔渣的晶相结构见图6。

图6熔渣的晶相结构
图6显示的晶相结构是无定形的，非结晶质结构，说明飞灰经过熔融处理后，得到了玻璃质特征的熔渣。
2.4熔渣的外观形貌
图7是用普通数码相机拍摄的熔渣图片，图片的分辨率为1600px×1200px。由图7可以观察飞灰熔渣的外观形貌，是呈现为玻璃状物质特征。

图7熔渣的外观特征
再采用氮气吸附仪对飞灰及其熔渣进行孔隙特征的分析，测量它们的比表面积、小孔体积和平均孔径的变化，结果列于表2。
由表2知道，飞灰的熔融产品相比于原始飞灰，比表面积从3.277m2/g降低到0.1734m2/g，总孔体积从1.839×10-2cm3/g减少到只有9.469×10-4cm3/g，可知相比于飞灰，其熔渣的孔隙特征发生非常显著的变化，熔渣的微观结构是非常致密的。
表2飞灰及其熔渣的孔隙结构特征

3结论
(1)经过熔融处理后，原始飞灰中的二恶英基本上被分解，二恶英的毒性当量I-TEQ从原始飞灰中的454.172pg/g降低到熔渣中的38.14pg/g。
(2)飞灰熔融后的熔渣对重金属有很好的固定效果，其重金属浸出浓度远远低于毒性浸出标准，甚至可以作为建筑材料或者路基材料使用。
(3)飞灰熔融后的熔渣，经XRD分析，显示为非结晶质的玻璃质晶相结构，并且分析其微观结构，相比于原始飞灰，熔渣的比表面积从3.277m2/g降低到0.1734m2/g，总孔体积从1.839×10-2cm3/g减小至只有9.469×10-4cm3/g。