两种医疗垃圾焚烧炉的灰渣特性研究

分类：论文范文 发表时间：2021-11-19 11:47

　　摘要:为评价医疗垃圾焚烧灰渣对环境的危害性及寻找安全有效的处理方法,利用X-射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、原子吸收光谱仪等仪器分别对回转窑式、固定床式医疗垃圾焚烧炉的布袋飞灰及底渣进行化学成分、物相、微观形貌、重金属含量及渗沥行为等特性分析.结果发现,回转窑式和固定床式布袋飞灰热灼减率分别为31.2%、34.6%,两者Cl、SO3和碱金属含量均较高,主要物相为CaSO4和NaCl,且Cd、Zn、Pb等重金属渗沥浓度均超过危险废物填埋允许限值,其渗沥行为可能与布袋飞灰的不规则多孔海绵状微观形貌有一定关系;2种底渣主要由复杂硅酸盐构成,其渗沥浓度低于危险废物规定的阈值.因此,2种布袋飞灰经预处理后方能进入危废填埋场填埋,2种底渣可按一般工业固废直接填埋.

　　关键词:医疗垃圾;灰;渣;重金属;渗沥

　　1引言(Introduction)

　　随着医疗机构的增多和医疗条件的改善,医疗垃圾的产生量逐年增加,仅2002年全国就产生医疗垃圾约6.5×104t,平均日产生量为1780t(张虹等,2005).与普通生活垃圾相比,医疗垃圾具有更强的传染性、生物毒性和腐蚀性.尤其近年来,席卷全球的疯牛病、非典、口蹄疫、禽流感等烈性传染疾病的出现,使医疗垃圾无害化处理、处置问题成为人们关注的焦点.

　　2材料和方法(Materialsandmethods)

　　2.1焚烧灰渣样品及分析方法

　　为使研究的灰渣样具有代表性,选取目前使用最为广泛的回转窑和固定床2种医疗垃圾焚烧炉的灰渣进行比较.焚烧灰渣样品取自沈阳危险废物焚烧中心的2台医疗垃圾焚烧炉,一台为15td-1回转窑焚烧炉,另一台为5td-1的固定床焚烧炉.2台焚烧炉的空气污染控制装置与排渣方式均有区别,回转窑炉设有余热锅炉,空气污染控制装置依次为急冷塔、半干法除酸塔、喷活性炭和石灰粉装置、布袋除尘器;固定床炉依次为急冷塔、干法除酸系统、喷活性炭和石灰粉装置、布袋除尘器.2台炉的的排渣方式分别采用水冷排渣(回转炉)和固态排渣(固定床炉),并且医疗垃圾入炉前时均掺混10%的干石灰.

　　本文收集了来自2台焚烧炉的4种灰渣样:2种飞灰(FA1、FA2)分别取自回转窑炉、固定床炉的布袋除尘器,2种底渣(BA1、BA2)分别取自回转窑炉、固定床炉的底部排渣口.为使样品具有代表性,这4种灰渣样在连续稳定运行的1周内采集.焚烧灰渣样品经混匀后,用20目的网筛去除大颗粒,并在105℃下干燥24h,再用玛瑙研钵研磨至需要的粒度.

　　2.2分析方法

　　焚烧灰渣采用日本理学株式会社生产的ZSX100e型X-射线荧光光谱仪(XRF)进行化学成分分析.热灼减率(LOI)是指将干燥后的灰渣样在600℃下灼热3h后测定的质量变化.物相分析用荷兰PANalytical公司生产的X'PertProMPD型X射线衍射仪进行,其最大功率3kW,最大管电压60kV,最大管电流60mA,步进0.02°,扫描范围10°～70°.微观形貌在灰渣样经喷金处理后用SSX-550扫描电镜(日本岛津公司)及能谱仪(EDS)(日本岛津公司)进行分析,分辨率3.5nm,放大倍数20～300000倍,加速电压0.5～30kV,EDS的能量分辨率144eV.

　　重金属含量用SOLAARS4型原子吸收光谱仪(美国热电公司)和VP100氢化物连续发生器(美国热电公司)分析,Hg采用冷原子吸收法,As、Pb采用氢化物发生原子吸收法,其余重金属元素都采用火焰原子吸收法分析.重金属渗沥行为的测定根据《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》(GB5086.2-1997),称取灰渣样100.0g,按液固比(质量比)10∶1的比例加去离子水作为浸取剂,振荡时间8h,浸出液经0.45μm微孔滤膜过滤后供分析.

　　3结果(Results)

　　3.1化学成分和热灼减率分析

　　表1为4种焚烧灰渣的化学成分和灼减率分析结果,为保证数据的有效性和可靠性,数据为每种焚烧灰渣样3个平行样品的测定平均值.从表中可看出,FA1、FA2化学成分相近,FA2中的CaO含量稍高于FA1,这可能是由于固定床焚烧炉中烟气进入布袋除尘器前带入了部分干石灰粉所致.碱金属元素易挥发,导致布袋飞灰中Na2O、K2O含量比底渣相对高.FA1、FA2中SO3的含量分别为12.10%、12.76%,Cl含量分别为12.31%、14.60%,布袋飞灰Cl含量高可能是由于医疗垃圾中含有大量的PVC塑料,而且Cl易挥发的缘故.FA1中还含有1.31%的F,可能是医疗垃圾中氟哌酸抗感冒药等有机氟化合物焚烧后挥发的结果.

　　3.2物相分析

　　飞灰主要由金属、非金属氧化物及盐组成,然而相同或相似的化学成分可以存在不同的物相结构,而物相结构会影响渗沥特性及处理方式的选择(李润东等,2004;Lietal.,2004).4种灰渣的XRD分析如图1所示,其中FA1、FA2经600℃灼烧后除去有机物的试样.由图可知,FA1、FA2中主要物相均为硬石膏(CaSO4)、氯化钠(NaCl)等.这样的飞灰不宜直接作为水泥的部分替代物用于建筑目的,因为硫酸盐易形成过量的钙矾石,在水泥水合过程中使孔隙容积增加,导致砂浆膨胀而破坏混凝土结构;而且碱金属氯化物不仅能抑制水泥的水合反应,而且极易腐蚀混凝土中的钢筋(LombardiFetal.,1998;YoungJunPark,2002).由于碱金属和碱土金属盐都为可溶物,可溶性盐会改变飞灰的渗沥特性,在焚烧飞灰固化/稳定化时应进行水洗等预处理,以除去大量的溶解盐(Zareen,2003).如图1c、1d所示,2种底渣BA1的主要物相为斜硅石(Ca2SiO4)、蓝晶石(Al2SiO5)、透辉石(CaMgSi2O6)、钙铁榴石(Ca3Fe2(SiO4)3)等复杂的硅酸盐及少量石灰石(CaCO3)和石英(SiO2).

　　4结论(Conclusions)

　　1)FA1、FA2的灼减率分别高达31.2%、34.6%,而且含有较高的Cl、SO3,它们的主要物相为硬石膏(CaSO4)、氯化钠(NaCl).若采用水泥固化处理应进行预处理,若采用熔融处理宜优先选取能充分利用灰中炭燃烧热的燃料型熔融方式.

　　2)布袋飞灰为不规则海绵状疏松颗粒,由多孔活性炭连接许多盐类微小球形颗粒,2种底渣因冷却方法不同微观形貌区别明显.

　　3)布袋飞灰中挥发性金属Zn、Pb、Cd、As、Hg比底渣高,亲岩性金属Cu、Ni、Cr在布袋飞灰、底渣中含量相差不大.布袋飞灰Cd、Zn、Pb浸出液浓度均超过危险废物填埋污染控制标准规定的允许填埋控制限值,必须经预处理后方可填埋.2种底渣均主要由硅酸盐复杂化合物组成,虽然有较高含量的Zn、Cu、Cr、Ni,但渗沥率却非常低,可以采用填埋法处理.

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　　刘汉桥,蔡九菊*,齐鹏飞,田冬青

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