摘要:利用机械化学法进行含二噁英废弃物的无害化处置,是一个值得关注的研究领域。本研究以去除大部分二噁英及其它有机成分的医疗垃圾焚烧飞灰作为反应基质,添加了八氯代二噁英和呋喃(OCDD/OCDF)后,在自行研制的行星式球磨试验装置上进行了球磨机械化学法降解试验研究。实验球磨两种飞灰分别采自某回转窑热解流化多段焚烧系统和某简易固定床焚烧系统的医疗垃圾焚烧炉布袋除尘器,其中对于简易固定床焚烧处置的飞灰,OCDD和OCDF分别减少了64.7%和63.6%,氯化度由6.86降至5.53。两种飞灰处理后,平均粒径大幅缩小,比表面积、孔容积显著增加,CaCO3强度显著减弱。实验证实飞灰本身的某些组分(CaCO3等)在球磨机械化学处理过程中起到类似氧化钙(CaO)的脱氯还原剂作用,且机械化学法降解二噁英的效果显著。研究结果对实际医疗垃圾焚烧飞灰中二噁英类污染物的脱除具有指导意义。
关键词:飞灰;二噁英;机械化学;球磨;降解效果
目前持久性有机污染物(POPs)无害化处置技术主要分为两大类:热处置技术和非热处置技术。热处置技术主要包括回转窑热解/气化技术、熔融固化、低温热脱附技术,非热处置技术包括碱化学分解法、生物修复法、紫外光降解法和机械化学法等。机械化学法是指通过机械力的不同作用方式,如压缩、冲击、摩擦和剪切等,引入机械能量,使受力物体的物理化学性质及结构发生变化,改变其反应活性。机械化学法处理过程处于完全封闭的反应器中,因此处理过程不会产生如常规热处理技术存在的二噁英二次合成问题;而且该技术实现方式非常简单,当研究条件成熟时,具备规模化应用的可行性。
研究人员利用机械化学法对持续性难降解有机物(POPs)开展了广泛的降解机理研究,双对氯苯基三氯乙烷(DDT)、多氯联苯(PCBs)、六氯代苯(HCB)等多氯代芳香有机物的降解试验证明了该方法在POPs处置方面是有效的,具有广阔的应用前景[1~4]。在二噁英处理方面,Wei等[1]对五氯酚(PCP),Kano等[2]对聚氯乙烯(PVC),Nomura等[3]对标准物八氯代二噁英和呋喃(OCDD/OCDF);Monagheddu等[4]对废水处理厂的污泥中所含二噁英通过机械化学降解处理,均取得了较理想的降解效果。Kano等[2]研究结果显示PVC的脱氯效果可以达到将近100%(12h研磨时间),Wei等[1]实验中PCP含量降低到最初的6.6%(1h研磨时间)。
由此可见,利用机械化学法对大量含二噁英的废弃物无害化处理,是一个值得关注的研究领域。目前,利用机械化学法降解垃圾焚烧飞灰中二噁英的研究尚鲜有报道:脱氯还原剂的作用,二噁英的降解机制等仍在探究之中;而医疗垃圾焚烧飞灰更是具有成分复杂,含碳量高、含氯量高、二噁英含量高的特征,其降解过程存在更多的不确定因素。
垃圾飞灰中Ca,Mg,Fe,Zn等金属元素含量较高,其中Ca一般为飞灰中含量最高的金属元素,它通常以CaCO3,CaSO4,Ca(OH)2等形式存在。Saeki等[5]研究了不同脱氯添加剂(CaO,CaCO3等)对PVC脱氯的影响,Tongamp等[6]以牡蛎等海鲜贝壳(主要成分为CaCO3)作为PVC降解添加剂,Wei等[7]将蛋壳作为脱氯还原剂,均证明金属氧化物(CaO,CaCO3等)可以作为脱氯还原剂。
Peng等采取直接球磨飞灰,证实了飞灰本身所含金属成分对二噁英的降解能够起到脱氯还原的作用[8,9]。为了进一步了解飞灰中所含无机成分对二噁英机械化学法降解的作用及其脱氯降解机制,本文通过实验测定了去除本底二噁英及其他有机物的飞灰中OCDD和OCDF的机械化学法降解情况,考察了医疗垃圾焚烧飞灰作为脱氯还原剂对二噁英机械化学法降解的作用。
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2021-08-09
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