生活垃圾焚烧飞灰水泥固化与螯合稳定化重金属固定的长效性比较

05地球化学模拟

在pH相关性浸出试验的基础上进行地球化学模拟。将样品中1）主要和微量元素最大可释放量（1<pH<14），2）主要矿物质组成和化学反应方程式，3）样品中主要活性吸附表面(包括固相HA和HFO/HAO)含量，4）DOC和DIC含量，输入地球化学模拟软件LeachXSTM，得到重金属化学形态。

如图4所示，对于Cd，在飞灰自身pH条件下，Ce-6-FA中Cd浸出控制相为CdSiO3，Ch-6-FA中控制相为CdCO3。Cd的硅酸盐具有较好的化学和物理稳定性，水泥固化体系中的CdSiO3较螯合稳定化体系中的CdCO3更稳定。对于Pb，在自身pH条件下，Ce-6-FA中Pb浸出的控制相主要是Pb2(OH)3Cl，其次是Pb5(PO4)3Cl，Ch-6-FA中Pb浸出控制相是Pb5(PO4)3Cl。Pb5(PO4)3Cl的LogK=84.34，具有较好的长期稳定性，柱渗滤浸出结果也表明Pb主要以稳定形态存在。

此外，吸附同样会影响重金属浸出，高pH值下Pb2+容易被具有活性吸附表面的物质吸附，例如HFO、HAO。Ch-6-FA中HFO、DOC吸附一定量的Pb，所以同样导致了螯合体系中Pb释放量较高。Cu的浸出与HFO紧密相关，在Ch-6-FA中HFO、DOC含量高于Ce-6-FA，所以HFO、DOC结合态重金属含量较高。所以，Ch-6-FA对Cu固定的长效性弱于Ce-6-FA。相比Ch-6-FA，Ce-6-FA体系中水泥水化产物的风化途径复杂，形成的多种二次矿物和非矿物组分，尤其是非矿物组分具有更高的吸附，从而使得Pb、Cr和Cd的化学形态更复杂，稳定性也强于螯合体系。

在螯合稳定化体系中，重金属与硫反应生成硫化物沉淀。初始阶段金属硫化物控制着重金属的溶解度。经历长期的自然风化和紫外线作用后，螯合体系中有机硫螯合物发生降解，造成了重金属的释放，同时螯合物降解产生的DOC也增加了Cr、Cd、Cu的浸出。含有二硫代氨基甲酸盐（DTCR）的螯合剂具有硫化物的功能，能够高效固定重金属，但该重金属螯合物形成和解体过程中会产生大量盐分，飞灰中Pb的固定是基于无机络合作用，高盐分会导致Pb的大量释放。

结论

水泥固化体系Ce-6-FA和螯合稳定化体系Ch-6-FA体系中矿物学组成及非矿物相含量差异显著，从而影响了其中重金属的浸出释放。在环境pH范围内，Ce-6-FA中Pb的累积释放率为2.49%，Ch-6-FA中Pb的累积释放量为4.72%，表明绝大部分Pb在飞灰固化稳定化产物中以稳定的化学形态存在，而水泥固化体系中Pb的累积释放率更低。浸出试验及地球化学模拟表明，Pb的浸出规律符合溶解度控制规律。在1<pH<14范围内，Ce-6-FA中溶度积极低的Pb5(PO4)3Cl所占的比例远高于Ch-6-FA，Ch-6-FA中重金属螯合物的解体过程中产生大量的盐分也会导致无机络合Pb的释放，从而使螯合稳定化体系中Pb的释放量高于水泥固化体系。同时，水泥固化体系中以CdSiO3形态存在Cd比螯合稳定化体系中以CdCO3形态存在的Cd更为稳定。综合来看，飞灰水泥固化体系对Pb、Cd等重金属固定的长效性强于螯合稳定化体系。

更多详细内容，请参阅刘建国教授课题组本方向近期相关学术论文：

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[3]李建陶, 曾鸣, 杜兵, 尚奕萱, 张宇星, 李樱, 刘建国*. 垃圾焚烧飞灰药剂稳定化矿物学特性[J]. 中国环境科学, 2017(11):190-196.