一種三維電極除垃圾焚燒飛灰中重金屬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生活垃圾處理領(lǐng)域，涉及固體廢棄物處理技術(shù)，具體涉及一種三維電 極除垃圾焚燒飛灰中重金屬的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾產(chǎn)生量日益增多，而生活垃圾的堆放不僅 會(huì)占用大量的有限土地資源，而且容易滋生各種對(duì)人類和其他生物有害的細(xì)菌等，從而嚴(yán) 重影響人類生存的環(huán)境。因此，尋求一種適合我國(guó)城市生活垃圾特性、符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水 平的垃圾處理方法勢(shì)在必行。而垃圾焚燒處理是目前國(guó)內(nèi)外一種比較有效且應(yīng)用廣泛的垃 圾處理方法，它具有減容、減量、處理時(shí)間短等顯著特點(diǎn)，更重要的是該技術(shù)能夠利用生活 垃圾焚燒余熱發(fā)電，實(shí)現(xiàn)生活垃圾的再利用，使其資源化。目前國(guó)內(nèi)已建和在建的城市生活 垃圾焚燒發(fā)電廠已達(dá)100余座。雖然垃圾焚燒在資源處理方面有很大的效益，但生活垃圾 焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，且大量重金屬在高溫條件下會(huì)揮發(fā)至煙氣中，并最終富集 在焚燒垃圾飛灰中。如鉛、銅、鎘、鋅等重金屬及鹽類，在焚燒過程中這些重金屬的形態(tài)發(fā) 生了改變，轉(zhuǎn)化為更易迀移的存在形式，并且它們大多具有致畸致癌性，若焚燒飛灰處置不 當(dāng)，其中的有害元素釋放到環(huán)境中，對(duì)周邊人群的健康和生態(tài)環(huán)境會(huì)造成巨大的威脅。
[0003] 目前消除垃圾焚燒飛灰中的重金屬污染物大致有以下兩種：第一種為固化法，即 將重金屬固化于飛灰顆粒之中，比如采用水泥固化、化學(xué)穩(wěn)定法等，但這些方式不能確保日 后飛灰之中的重金屬元素受到外界干擾后再度污染環(huán)境。第二種為"剝離"法，即將重金屬 元素從飛灰顆粒中"剝離"開來，使得飛灰中不再含有重金屬元素，并對(duì)重金屬元素回收利 用，比如采用熔融、酸浸提取法等，但是前者高溫作用下重金屬容易揮發(fā)，造成二次污染，后 者效果好但是依賴酸浸提取飛灰中的重金屬，酸浸提劑的消耗量巨大，成本高。
[0004] 電動(dòng)去除方法已經(jīng)展現(xiàn)了在重金屬去除方面的作用，可以作為飛灰中重金屬去除 的潛在方法。但是現(xiàn)有電動(dòng)去除技術(shù)很多的缺陷，修復(fù)周期長(zhǎng)，重金屬去除率不高等問題。 所以解決上述現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)去除重金屬領(lǐng)域所存在的缺陷是本領(lǐng)域重要的研宄前沿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種三維電極除垃圾焚燒飛灰中重金屬的方 法，解決電動(dòng)去除重金屬去除率不高的問題，此方法操作簡(jiǎn)單，使用儀器少。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種三維電極除垃圾焚燒飛灰中重金屬的方法，包括以下步驟：
[0008] 1)、將垃圾焚燒飛灰樣品干燥并細(xì)化成粒度小于200目的粉末，以質(zhì)量比3~ 9:100取粒徑范圍2mm~6mm石墨顆粒與細(xì)化后的飛灰樣品充分混合，以質(zhì)量體積比1~ 2:1往混合樣中加入水并攪拌均勻，用乳酸和硝酸混合酸溶液調(diào)節(jié)混合樣品pH值為5~6， 所述混合酸溶液為〇· 375~I. 5mol/L的乳酸與0· 125~0· 5mol/L的硝酸以體積比1:1混 合制成；
[0009] 2)、將步驟1)所制備的飛灰混合樣品置于電解槽樣品區(qū)域，將石墨電極與不銹鋼 電極分別放置于陽(yáng)極電極槽和陰極電極槽內(nèi)，接通電源通電，開始飛灰重金屬去除。
[0010] 進(jìn)一步，所述步驟2)通電去除重金屬過程中每隔12小時(shí)于陽(yáng)極緩慢添加去離子 水保持飛灰樣品與水的質(zhì)量體積比為1~2:1，每隔24小時(shí)于陰極槽加入2~3ml混合酸 溶液保持pH為5~6。
[0011] 進(jìn)一步，所述步驟1)中混合樣與水質(zhì)量體積比為1:1。
[0012] 進(jìn)一步，所述步驟1)中垃圾焚燒飛灰樣品干燥溫度為105°C。
[0013] 進(jìn)一步，所述步驟1)加入石墨顆粒與飛灰樣品質(zhì)量比為9:100。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟1)中石墨顆粒粒徑為4mm。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟2)電源電壓梯度為0. 75~3V/cm，通電時(shí)間為7~15d。
[0016] 更進(jìn)一步，所述步驟2)電源電壓梯度為I. 5V/cm，通電時(shí)間為15d。
[0017] 進(jìn)一步，垃圾焚燒飛灰中所含重金屬元素包括Cu、Zn、Pb、Cd。
[0018] 本發(fā)明的有益效果在于：1)飛灰電動(dòng)修復(fù)過程中石墨顆粒的加入，可以有效地增 大電極的比表面積，改善物質(zhì)的傳質(zhì)效果，加大離子的移動(dòng)速率，同時(shí)可以提高電流效率和 電解產(chǎn)率，并且這種方法可以促使樣品pH分布更均勻，重金屬迀移效率加大，達(dá)到了提高 飛灰中重金屬去除率并縮短實(shí)驗(yàn)周期的目的；2)本發(fā)明用乳酸和硝酸混合酸調(diào)節(jié)飛灰PH 值，可降低電解槽中電解液的pH值，使pH變化更加緩和，分布更加均勻，從而減少電動(dòng)修復(fù) 過程中重金屬沉淀量。同時(shí)加入的乳酸可以與重金屬離子形成陰離子絡(luò)合物，在電迀移作 用下，可以促進(jìn)重金屬在電解槽中的迀移，強(qiáng)化重金屬在陽(yáng)極槽的富集效應(yīng)，有利于后期對(duì) 重金屬進(jìn)行回收；3)后期可對(duì)石墨顆粒電極進(jìn)行回收再利用。
【附圖說明】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0020] 圖1為圓柱形三維電極電解槽裝置圖，其中A為圓柱形三維電極電解槽俯視圖，B 為圓柱形三維電極電解槽正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022] 實(shí)施例1用三維電極除垃圾焚燒飛灰中重金屬
[0023] 首先將飛灰樣品于105°C條件下在恒溫烘箱中烘烤12小時(shí)，然后用200目篩選出 粒徑小于200目的粉末，采用激光粒度分析儀對(duì)樣品進(jìn)行分析，分析發(fā)現(xiàn)飛灰粒徑大致呈 正態(tài)分布，粒徑分布為20 μπι~250 μπι之間，用X射線焚光光譜儀對(duì)樣品元素成分進(jìn)行分 析，分析發(fā)現(xiàn)飛灰樣品中重金屬包含Cu、Zn、Pb、Cd等。
[0024] 選取石墨顆粒電極粒徑為2~6mm，將石墨電極洗凈，置于105°C烘箱中恒溫烘干 1小時(shí)，備用。配制乳酸和硝酸的混合酸溶液，混合酸溶液為0. 375~I. 5mol/L的乳酸與 0· 125~0· 5mol/L的硝酸以體積比1:1混合制成。以質(zhì)量比3~9:100取粒徑范圍2mm~ 6_石墨顆粒與細(xì)化后的飛灰樣品充分混合，以質(zhì)量體積比1~2:1往混合樣中加入水并攪 拌均勻，用乳酸和硝酸混合酸溶液調(diào)節(jié)混合樣品PH值為5~6,將上述混合樣置于電解槽 樣品區(qū)域（圓柱形三維電極電解槽裝置圖如圖1所示，其中A為圓柱形三維電極電解槽俯 視圖，B為圓柱形三維電極電解槽正視圖），將石墨電極與不銹鋼電極分別放置于陽(yáng)極電極 槽和陰極電極槽內(nèi)，接通電源通電，保持兩極電壓梯度為〇. 75~3V/cm，持續(xù)通電7~15d。 每隔12小時(shí)記錄一次系統(tǒng)電流、樣品區(qū)域電壓降數(shù)值和電導(dǎo)率，并于陽(yáng)極緩慢添加去離子 水；每隔24小時(shí)記錄一次電解槽陰陽(yáng)極電解質(zhì)溶液pH值，并于陰極槽加入2~3ml混合酸 溶液調(diào)節(jié)陰極pH值保持在5~6。
[0025] 實(shí)施例2各因素對(duì)飛灰重金屬去除率與浸出毒性的影響
[0026] 本方法測(cè)定飛灰中重金屬含量按照《固體廢物浸出毒性浸出方法-醋酸緩沖溶 液法》（HJ/T300-2007)進(jìn)行測(cè)定，所用浸提劑為醋酸溶液，設(shè)定轉(zhuǎn)速30±2 (r/min)，攪拌 18±2h。
[0027] 浸出毒性試驗(yàn)所用設(shè)備全自動(dòng)翻轉(zhuǎn)振蕩器，型號(hào)為JRY-Z06,重金屬濃度測(cè)量設(shè)備 為單道火焰法-氫化法聯(lián)用原子熒光光譜儀，型號(hào)為SK-2002B。
[0028] 1、石墨顆粒電極投加比例對(duì)飛灰重金屬去除率與浸出毒性的影響
[0029] 取飛灰樣品200g，陽(yáng)極電極采用石墨電極，陰極電極采用不銹鋼電極，以鈦絲作為 導(dǎo)線，以石墨顆粒電極投加比（質(zhì)量比）為實(shí)驗(yàn)因素設(shè)計(jì)一個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)置顆粒電 極與飛灰樣品質(zhì)量比為3 %、6%、9 %，探討石墨顆粒電極投加比例對(duì)飛灰重金屬去除率與 浸出毒性的影響，數(shù)據(jù)記錄見表1所示：
[0030] 表1不同投加比時(shí)重金屬去除率與浸出毒性
[0031]
[0032]
[0033] 由表1可看出，在石墨顆粒電極投加比為9%的時(shí)候，電動(dòng)去除達(dá)到了最佳效果， 修復(fù)后焚燒飛灰中Zn、Pb、Cd、Cu的重金屬去除率在45%~50%，且Zn、Pb、Cd的浸出毒性 超過了生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)《GB16889-2008》。
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