第四章 小型农村生活垃圾热处理底灰重金属浸出环境风险研究
面，是因为汞熔点低、饱和蒸汽压高，在垃圾受热处理过程中容易挥发出来。与《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）二级旱地土壤重金属标准值相比较，二级标准主要为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。底灰中除了As和Hg含量低于该标准值外，其余所有重金属浓度均远高于（GB15618-1995）二级标准。说明底灰如果进入到土壤中会引起土壤重金属污染问题。
表 4-1 3种热处理炉底灰中重金属的含量
Table 4-1 The contents of heavy metals in bottom ash from three furnace types of
thermal treatment furnaces
难挥发
A1
B1 C1
GB15618-1995
Cu 525.12 478.28 789.65 50
Zn 1232.25 1523.63 1989.23 200
Cr
Pb 457.01 535.61 826.28 250
852.23 653.25 412.35 150
易挥发 Cd 5.21
10.32 1.64 0.3
As
极易挥发
Hg 0.01
0.02 0.04 0.35
8.02 6.25 11.24 40
注：a：二级土壤旱地标准中pH为5.5~6.5的标准限值
4.3.2 3种热处理底灰中重金属形态分布
底灰中重金属的生态毒性受到其不同形态分布的影响，与总量关系较小。BCR法提取的四种形态中，弱酸可提取态是不稳定形态，在环境中容易溶出；可还原态在还原环境如淹水环境、灌溉、微生物活动等时能被溶出；可氧化态主要是重金属与含碳有机物进行螯合、络合形成的稳定化合物；残渣态重金属主要包裹在矿物晶格中，基本不会溶出[152]。
图 4-4显示，3种热处理炉底灰中，除了Cu，其余重金属四种形态中均以残渣态所占比例最高，其余三种形态分布具有明显的差异，这与大多数的研究结果相同[127, 163]，但是有机结合态含量明显高于大型城市生活垃圾焚烧炉底灰[127]，可能因为本研究的3中热处理炉实际运行温度低于大型城市生活垃圾焚烧炉，底灰中还含有未充分氧化的有机物。
3种热处理炉底灰中的As、Hg形态分布较为相似，且残渣态含量匀远远高于其它三种形态（图 4-4）。3种炉底灰中大于95.0%的As和大于81.0%的 Hg主要以残渣态的形式存在，而仅有低于1.5%的As和低于1.2%的Hg以弱酸可提取态的形式存在，因此底灰中的As和Hg生物有效性较低，环境后风险较小。
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华南理工大学博士学位论文
底灰中Cu的四种形态中，可氧化态含量较高，3个炉底灰中重金属可氧化态Cu比例分别达到35.2%、45.2%、40.2%，主要是Cu2+容易与可溶性的有机配位体发生络合反应[127, 167]。气化焚烧炉和气化炉底灰中可氧化态Cu比例高于焚烧炉，可能与底灰含有较高的碳有关。
3种热处理炉底灰Pb和Zn的四种形态中，弱酸提取态<可还原态、可氧化态<残渣态，其中弱酸可提取态Pb比例在2.1%~3.2%，弱酸可提取态Zn比例在5.1%~2.3%。主要是因为在垃圾热处理过中，仅有少量的Pb转化为易溶型Pb和PbCl，而大部分Pb转化为稳定态的PbO、PbZnSiO4 和Pb3Ca2Si3O11；而热处理过程中，在无氧条件下，垃圾中的Zn主要转化为易溶态的Zn和ZnS，而在有氧参与下，Zn主要转化为稳定的ZnO、Zn2SiO4、PbZnSiO4、Ca2ZnSi2O7等氧化物[54]；本研究3种炉型底灰的形成过程中，均有氧的参与，但是气化炉和气化焚烧炉底灰可氧化态Zn比例高于焚烧炉底灰，可能与底灰中含有较高的碳含量有关。
底灰中Cd的四种形态大小顺序为：可氧化态<弱酸提取态<可还原态<态残渣态，并且弱酸提取态所占比例高于其它重金属，说明了底灰中Cd生物可利用性较高。可氧化态Cd的含量较高，主要是因为垃圾热处理过程中，在氧化氛围，400~800℃温度时，主要转化为CdO；而温度低于350℃时，主要以稳定的（CdO）(SiO2) 矿物形态存在[54]。底灰中氧化物结合态Cd的含量较高，进入土壤环境后，当土壤处于淹水环境时，氧化还原电位（Eh）降低，可能易溶出被植物吸收，环境风险较大。
3种底灰中Cr的四种形态中，均是残渣态含量最高，其次为可还原态和可氧化态，而弱酸提取态含量最低。焚烧炉、气化炉、气化焚烧中渣态Cr含量分别达到80.53%、80.11%、76.13%。而有效态Cr比例仅分别为1.62%、1.32%、5.30%，因此，底灰中的Cr的生物有效性较低。
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第四章 小型农村生活垃圾热处理底灰重金属浸出环境风险研究
图 4-4 3种热处理底灰中重金属的形态分析；(a)、(b)、(c)分别
为焚烧炉、气化焚烧炉和气化炉
Fig. 4-4 The morphological analysis of heavy metals in bottom ashes; (a), (b) and (c) are incinerator, gasification-incineration furnace and gaifieer, respectively. 有效态重金属含量代表底灰中所含重金属生物有效性的高低，许多研究发现了有效态重金属含量与水稻、蔬菜、玉米粮食作物以及其它林木吸收的重金属量呈明显的正相关关系[164, 165, 168-170]。下图 4-5显示了3种炉底灰有效态重金属含量。不同热处理炉底灰中相同重金属有效态含量趋势基本相似相同。3个焚烧炉底灰中的Zn的有效态含量最高，以底灰中Zn含量较高有关，Pb、Zn、Cr有效态含量其次，而Cd、As和Cd有效态含量最低。其中每1kg焚烧炉中底灰中Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As、Hg有效态含量分别为48.94、64.45、13.81、14.62、0.78、0.04、4.33×10-5 mg。每1kg气化焚烧炉中底灰中Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As、Hg有效态含量分别为49.36、80.14、8.62、11.25、1.03、0.05、1.06×10-4mg；每
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小型农村生活垃圾热处理炉二恶英及重金属的排放特性及控制研究_雷鸣_76_80.caj
