垃圾焚烧飞灰稳定化-2016-01-06

垃圾焚烧飞灰稳定化及污染农田重金属原位钝化修复药剂汇报人：张后虎博士副研究员环保部南京环境科学研究所同济大学环境科学与工程学院土壤重金属污染21重金属污染土壤重金属污染稻米镉污染土壤砷污染土壤铬污染“垃圾围城”现象31重金属污染现状触目惊心垃圾焚烧41前言城市污水处理垃圾焚烧垃圾焚烧垃圾焚烧飞灰垃圾焚烧飞灰填埋飞灰稳定剂稳定重金属重金属含量高直接填埋污染土壤及地下水解决“垃圾围城”解决“垃圾围城”土壤重金属原位钝化修复51前言城市污水处理重金属污染土壤寸草不生土壤原位钝化修复钝化剂修复后的土壤重金属污染土壤农作物生长受阻垃圾处理方式61前言卫生填埋简单；但占用土地，已经造成了垃圾围城的现象堆肥可废物利用；但要求垃圾的有机物含量要高，对垃圾要进行分拣分类，工作量大，而且不能减量化，仍需占用大量土地，很难真正实现其无害化处理焚烧可使垃圾减容减量，产生的热能可以回收利用，能够最大限度地实现生活垃圾的减量化、无害化、资源化，而且占用土地资源最少城市生活垃圾处理方式焚烧已经我国的政府应付垃圾围城的重要措施焚烧飞灰的处理71前言飞灰中含有铅、铬、镉、汞、镍等重金属，直接填埋，会通过雨雪渗透污染土壤、地下水、河流等自然环境，造成不可逆转的危害垃圾焚烧会产生二次污染——飞灰国家规定必须稳定化处理后再填埋水泥法熔融法化学药剂稳定法浸洗法消除环境影响飞灰稳定化药剂81前言国外，焚烧飞灰的主要处理处置方式是“化学药剂稳定+填埋”螯合重金属有机药剂传统无机及有机稳定化药剂抗酸能力差在酸雨条件下，重金属稳定性差，有污染环境的巨大风险无机药剂重金属得到稳定重金属污染农田修复技术91前言修复方式修复方法修复类型优点缺点修复成本物理修复工程措施翻土原位工艺简单不适于重污染土壤高换土/客土异位能有效的将污染土壤从生态系统中去除工程量大费用高、适宜于小面积、重污染土壤较高电动修复原位成本较低，修复效率高、后处理方便只适用于沙质土壤较高热处理异位工艺简单能耗大，费用高且只适用于易挥发重金属（Hg、As）。高玻璃化异位复效率高，可与水泥、砖等建材生产相结合成本高、对土壤性质破坏严重高生物修复植物修复植物提取原位费用低、是一种廉价、环保的修复方法效率低、周期长，尤其是污染严重的土壤；一种植物往往只能积累某些特定的重金属低植物挥发原位可降低土壤重金属总量只适应于修复挥发性的重金属（如Hg、Se），对大气形成二次污染。修复效率较低、周期长。低植物稳定原位处理成本低，可有效地降低重金属的移动性和生物可利用性修复效率较低、周期长。重金属依然存在于土壤中，有重新释放的可能。低动物修复原位方法简单，费用低低等动物吸收重金属后可能再次释放到土壤中，造成二次污染。低微生物修复原位处理成本较低微生物对生长环境要求严格，大多数技术仍局限在科研和实验室水平。低化学修复淋洗法原位适用于轻质土壤，对重金属中度污染土壤修复效率高容易产生地下水污染，环境风险大较高较高异位能有效的将污染土壤从生态系统中去除过程繁杂，工程量大高钝化及固定原位处理费用低，简单易行一旦土壤理化性质发生改变，重金属有再度溶出的风险低重金属污染农田修复技术101前言物理修复处理成本高、很难治理深度污染特别是污染物渗入至饱和层土壤及地下水的场合、破坏原土壤结构及生态环境等。植物修复修复周期长,可用于修复的重金属超富集植物不易寻找。而且超富集植物大多数生物量较小,对重金属富集具有选择性。原位化学修复原位固定技术是通过向污染土壤中施加一些钝化剂以降低土壤中重金属有效态含量,从而减少其迁移及对植物的毒害。与其他修复措施相比,这种方法被认为是一种作为降低重金属环境健康风险的潜在替代技术。其优点是经济、方便、不改变土壤固有的理化性状，已成为当前土壤重金属污染治理技术研究和应用的热点。重金属污染农田修复污染农田原位化学钝化修复目前为我国应付土壤污染的重要措施之一垃圾焚烧飞灰稳定化技术2现有技术飞灰中含有铅、铬、镉、汞、镍等重金属，直接填埋，会通过雨雪渗透污染土壤、地下水、河流等自然环境，造成不可逆转的危害。传统稳定化药剂如硫化钠、磷酸钠、硫脲，但存在缺陷：使用量大、抗酸能力差。在酸雨条件下，重金属稳定性差，对环境具有巨大的安全风险。寻求结构突破，设计新型、耐酸、高效的重金属螯合剂。现状亟待解决关键的问题：土壤重金属原位钝化修复技术2现有技术我国近20%的土壤遭遇铅、铬、镉、汞、镍等重金属严重的污染，目前国家鼓励采取快速、有效的土壤原位化学钝化修复技术。传统土壤钝化剂主要有硫化钠、磷酸钠、零价铁、生物炭等，但存在缺陷：使用量大、抗酸能力差、不能完全将有效态重金属钝化。在酸雨条件下，钝化后的重金属又会重新释放。寻求结构突破，设计新型、耐酸、高效的重金属钝化剂。现状亟待解决关键的问题：3新型固体危险物处理药剂技术传统的稳定化药剂存在使用量大、稳定化后的重金属抗击酸碱冲击的能力差的缺陷，在环境尤其是酸雨环境中，其长期的稳定性不能保证，有重新污染环境的风险。因此寻找高效的化学稳定化药剂，使其与重金属之间的化学结合力得到强化，能抗击酸碱的冲击，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少其再次污染环境的风险，已成为国内外科研工作者的重要任务。因此，在重金属稳定剂的研究方面亟需寻求一种新型的、高效、抗酸能力强的稳定剂，必须跳出上述国内外现有的稳定剂的框框，寻求结构上的突破，进而提高其与重金属的结合能力，以期获得高效、抗酸能力强的重金属稳定剂。同济大学研发的具有螯合作用的基团封端的树枝状聚合物，是新一代纳米树枝状聚合物。对于重金属具有强烈的结合能力，其抗酸能力强，是一种高效、抗酸能力强的重金属稳定剂。树枝状聚合物的三维空间结构，使其不同于传统的稳定剂的二维结构，结构上的创新带来了性能上的突破。3型固体危险物处理药剂技术14新型重金属稳定剂——螯合基团功能化树枝（树枝状）聚合物的设计聚合物的发展历史：在传统的一维线性聚合物二维交联、二维支化聚合物三维超支化聚合物，其中树枝状聚合物（球形）是结构最完美的分支（21世纪）。一维二维三维纳米3型固体危险物处理药剂技术15同济大学经过多年研究，成功开发了一系列高效、耐酸性能强的功能化纳米树枝状聚合物重金属稳定剂/捕捉剂。8项专利成果（其中2项美国专利）。3新型固体危险物处理药剂技术1602468100246810121416PbPb浸出量/mgL-1纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值00药剂投加量/%02468100.000.050.100.150.200.250.30纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值HgHg浸出量/mgL-100药剂投加量/%无机药剂硫化钠、磷酸钠的稳定垃圾焚烧飞灰中重金属的能力不如有机药剂，有机药剂乙二胺四乙酸（EDTA）、硫脲稳定重金属能力不如同济大学研制的树枝状聚合物。新型重金属稳定剂——稳定化处理垃圾焚烧飞灰具有螯合作用的基团封端的树枝状聚合物，对于飞灰中的重金属具有强烈的结合能力，其抗酸能力用量，是一种高效、抗酸能力强的飞灰重金属稳定剂。树枝状聚合物的三维空间结构，使其不同于传统的稳定剂的二维结构，结构上的创新带来了性能上的突破。3新型固体危险物处理药剂技术17024681012140123456原始飞灰纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值As浸出量/mgL-1浸出液pH00024681012140246810原始飞灰纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值Cd浸出量/mgL-1浸出液pH000246810121402468101214原始飞灰纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值Cr浸出量/mgL-1浸出液pH00024681012140.00.51.01.52.02.53.0原始飞灰纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值Hg浸出量/mgL-1浸出液pH0002468101214020406080100120原始飞灰纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值Pb浸出量/mgL-1浸出液pH0002468101214050100150200250Zn浸出量/mgL-1浸出液pH原始飞灰纳米树枝状聚合物1纳米树枝状聚合物2乙二胺四乙酸(EDTA)硫脲硫化钠磷酸钠国标限值00无机药剂硫化钠（SS）及磷酸钠（TP）的抗酸能力不如有机药剂，有机药剂乙二胺四乙酸（EDTA）、硫脲（THU）的抗酸能力不如树枝状聚合物。新型重金属稳定剂——稳定化处理垃圾焚烧飞灰3新型固体危险物处理药剂技术18无机药剂硫化钠只能部分降低有效态重金属（水溶态+离子可交换态），而纳米生之者众聚合物可有效地降低有效态重金属含量，并且能降低大部分酸溶态重金属。显示了极其优良的原位钝化修复土壤的能力，且抗酸能力很强。AsBeCdCrCuHgNiPbZn020406080100Contentofdifferentspecifition/%003%Na2S钝化修复AsBeCdCrCuHgNiPbZn020406080100Contentofdifferentspecifition/%003%纳米树枝状聚合物钝化修复AsBeCdCrCuHgNiPbZn0102030405060708090100重金属污染土壤Contentofdifferentspecifition/%水溶态离子可交换态酸溶态有机结合态铁锰氧化铁残渣态00246810新型重金属稳定剂——原位钝化处理重金属污染土壤3新型固体危险物处理药剂技术1919原位稳定（2015.10.18）原位稳定（2015.10.18）小麦播种（2015.10.23）小麦长势（2015.11.15）河南济源原位稳定化修复应用现场3新型固体危险物处理药剂技术20重金属污重金属污染土壤/矿渣绿色清洗技术功能化纳米树枝状聚合物与重金属具有强烈的结合能力，可以将EDTA、柠檬酸等淋洗剂螯合的重金属夺走，并与重金属形成难溶性的沉积，从而将淋洗剂释放，并重新回用于淋洗系统。这样即减少了重金属淋洗废液，有降低了成本。3新型固体危险物处理药剂技术除去2mm以上的石块、石砾湿式振动器63m～2mm的砂粒、细石砾63m的粉粒旋风分离器清洗器污染物分离重金属分离脱水机清洗液循环危废接收器污染(危废)土壤/矿渣脱水机清洁土壤/矿渣3新型固体危险物处理药剂技术土壤重金属数值Cd(mg/kg)9.01Cr(mg/kg)66.86Cu(mg/kg)382.89Ni(mg/kg)28.44Pb(mg/kg)665.04Zn(mg/kg)567.5pH7.66甘肃白银东大沟河道的底泥淋洗白银境内铜、铅、锌等重金属资源丰富，在上世纪六十年代，以主要生产铜、铅、锌等有色金属为主的白银公司建成。东大沟原本是条通往黄河的排洪道，白银公司投产后，作为白银市最大的排污沟，这条总长为38公里的河道里排出的就不再是洪水，而是含有各种重金属的污水。重金属污重金属污染土壤/矿渣绿色清洗技术3新型固体危险物处理药剂技术甘肃白银东大沟河道的底泥淋洗重金属污重金属污染土壤/矿渣绿色清洗技术经树枝状聚合物处理后的EDTA淋洗液中残留重金属浓度社会效益为环境的可持续发展及国家环保政策的实施提供保障。提升了我国固废药剂技术研发水平和国际影响力新型纳米树枝状聚合物为解决垃圾焚烧飞灰填埋开辟了新的途径，有着显著的应用前景。新型纳米树枝状聚合物为解决重金属污染土壤原位修复提供了新型钝化剂，有着显著的应用前景。新型纳米树枝状聚合物为重金属废弃物中的清洗技术，提供了新型稳定剂，有效地去除了废弃物的重金属，有着显著的应用前景。灰渣的资源化利用技术-飞灰原始飞灰中主要矿物组成为氧化硅(SiO2)、石膏(CaSO4)、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)和碳酸钙(CaCO3)等。湿法改性飞灰水洗处理后，氯化