Na2EDTA淋洗与电化学-Fe3+/Oxone联合回收垃圾焚烧飞灰中重金属及降解有机物的效能与机理

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中国城市生活垃圾的焚烧处理比例在逐年上升,而焚烧产生的飞灰对重金属具有很强的富集性,含有大量的重金属,属于危险废弃物。如何实现焚烧飞灰的无害化和资源化一直深受关注。Na2EDTA淋洗常用于土壤的处理中,本文以回收城市生活垃圾焚烧飞灰中的重金属为目标,提出了利用Na2EDTA去除焚烧飞灰中的重金属,通过重金属的去除率和毒性浸出确定Na2EDTA的最佳浓度。利用Fe3+对重金属-EDTA螯合物的解络合作用回收EDTA,另外对回收的Na2EDTA(re-Na2EDTA)的可利用性进行考察。利用电化学-Fe3+/Oxone体系在不同的条件下从回收过EDTA的溶液中富集回收重金属和降解有机物,具体包括电流强度、Oxone投加量、溶液的初始pH值,同时探究重金属的分布和利用对自由基的捕获探究有机物的去除机理。最后采用另外一种碱沉淀法去除回收过EDTA溶液中重金属,并对反应过程中产生的两种沉淀进行毒性浸出分析。最后再利用电化学-Fe3+/Oxone体系去除溶液中的有机物和少量重金属。同时探究了最佳Oxone投加量。主要研究结论如下:(1)Ca、O、Cl和C是生活垃圾焚烧飞灰中的主要元素,分别占21.97%、21.47%、16.84%、10.92%。另外,焚烧飞灰对重金属有很大的富集性,其中Cu、Pb、Zn分别含有1367.2 mg/kg、1079.7 mg/kg、8752.5 mg/kg,浸出浓度分别为132.8 mg/L、19.54 mg/L和502 mg/L,分别超出我国土壤背景值和国家毒性鉴别标准的限定值,对环境存在很大的潜在危害。(2)Na2EDTA对生活垃圾焚烧飞灰中的Cu、Pb和Zn三种重金属的浸出具有很好的实际应用价值。当Na2EDTA溶液的浓度为0.1 mol/L时,焚烧飞灰残渣中Cu、Pb、Zn三种重金属的浸出浓度分别为65.9 mg/L、3.29 mg/L和85.8 mg/L,均低于我国国家毒性鉴别标准的限定值。且三种重金属的去除率分别为69.7%、72.7%、66.5%。(3)Cu、Pb和Zn三种重金属在PBET体外生物可给性的浸出浓度相对于浸出毒性增大,但是仍在标准限值内。形态分析中发现Na2EDTA溶液主要将焚烧飞灰中交换态和碳酸盐结合态的重金属浸出,残渣态浸出量最少。MEP多级浸出中Cu、Pb和Zn的累积浸出含量均高于焚烧飞灰进行毒性浸出后的浸出量,说明了焚烧飞灰在环境中具有长期潜在危害性。也证明了焚烧飞灰对环境的毒性风险需要多种方法综合评价。(4)Fe3+对重金属-EDTA螯合物的破络合作用使得EDTA的最大回收率达到89.67%。另外,re-Na2EDTA能够对焚烧飞灰中的重金属进行有效的洗涤,但是由于其本身的结构有些许的改变和含有一定量重金属导致剩余残渣中Cu、Pb和Zn三种重金属的浸出浓度升高,分别为70.5 mg/L、4.08 mg/L和92.1 mg/L,但是仍小于我国国家毒性鉴别标准的限定值。(5)电化学-Fe3+/Oxone体系处理废水时,当电流强度为0.5 A、Oxone投加量为0.5 g、溶液初始pH=7时,电解24 h后,溶液中Cu、Pb、Zn和COD含量分别降为0.41mg/L、0.052 mg/L、0.82 mg/L和47.7 mg/L。且此时Cu、Pb、Zn主要分布在阴极铁板上,分别为90.8%、79.8%、93.2%。同时,通过自由基捕获发现COD的减少主要是?OH在起作用,占54.86%。(6)碱沉淀过程中Ca(OH)2能够将回收过EDTA溶液中的重金属大量去除,Cu、Pb、Zn三种重金属仅剩1.65 mg/L、2.46 mg/L、2.57 mg/L。当电流强度为0.5 A、Oxone投加量为0.5 g时,电解12 h后,溶液中Cu、Pb、Zn和COD含量分别降为0.178 mg/L、0.091 mg/L、0.29 mg/L和36.8 mg/L。而且碱沉淀过程中产生的两种沉淀中三种重金属的浸出浓度均低于我国国家毒性鉴别标准的限定值。
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