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脱硫用电石渣的特性及对环境的影响分析

发布日期:2019-02-23 12:28点击:

近年来,国家出台了一系列的法规和政策促进燃煤电厂SO2减排,使燃煤电厂烟气脱硫设施建设及投运速度明显加快。目前,我国燃煤电厂普遍采用的是以石灰石脱硫剂的湿式和干式脱硫方法。然而,大量使用石灰石作为脱硫剂,不仅增加了石灰石原料本身的消耗,而且还会导致因大量开采石灰石而造成的水土流失。电石渣是工业生产过程中,电石(CaC2)水解后产生的废渣。利用电石渣作为脱硫剂,不仅为湿法脱硫提供了高效且廉价的吸收剂,而且减少了该废渣对环境的污染。电石渣作为脱硫剂在其运输、储存以及使用后的堆放及处置过程中会受到雨淋和其他自然过程的作用,使得其中的重金属等污染物浸滤出来,进入土壤、地表水和地下水中。与有机污染不同,重金属不易降解或破坏并且能在生物体内富集,具有污染持久、区域广泛、治理困难等特点,可以通过饮用水和食物链等途径进入人体,并在人体内积累,当其达到一定浓度后将对人体产生毒害作用。本文以辽宁某电厂所使用的脱硫电石渣为对象进行浸出试验,分析其在雨水和脱硫浆液 (pH=5.5)两种液体中重金属成分的浸出特性

1、材料与方法

电石渣是工业用电石(CaC2)与水反应生成乙炔气体(C2H2),易溶于水,另外水分及杂质含量占30%-40%比例,属于一般工业固体废物 。

1.2 方法

在试验前,将样品置于具盖容器中,温度55度条件干燥恒重,计算样品的含水率。将烘干的样品通过80目的筛子,取其中的筛下物用X射线荧光光谱仪(XRF)测定样品主要成分。采用的激发条件为Rh靶,激发电压为50kv,激发电流为50mA,室温为25度,湿度为60%。

浸出试验参考《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》(HJ557-2010)分别以去离子水雨水和在去离子水中加入硫酸模拟脱硫浆液(即用优级纯硫酸调节样品的水溶液至最终混合液pH值为5.5)作为提取液。根据样品的含水率,按照固液比1:10(kg/L)比例均匀混合,置于容积为1000mL的带塞广口瓶中,于振荡器中振荡8h,振荡频率设为110+-10次/min,振幅40mm。待样品净置16h后,以0.45um滤膜过滤浸出液,滤液采用优级纯硝酸酸化至pH<2,备用测重金属含量。

消解液和浸提滤液中的As和Cr采用分光光度法进行分析,Cu,Pb,Zn,Mn,Ni和Cd采用电感耦合等离子体一原子发射光谱仪(ICP-AES)进行测量,Hg采用冷原子荧光测汞仪分析。

2、结果与分析

2.1 电石渣成分分析

表1给出了电石渣的化学成分。从表1可以看出,电石渣的主要成分为CaO,占44.64%,折算成Ca(OH)2为58.59%;含水量较高,占49.31%。此外,还含有Si、Al、Fe、S等元素和少量的重金属。

 

 

电石渣中的Cr,Cu,Pb,Zn,Hg的含量远低于土壤质量二级标准的要求,As和Ni的含量略高于土壤二级标准的要求,但是仍然低于土壤三级标准的要求。只有Cd的含量较高,超出土壤质量三级标准的要求。

2.2 电石渣中重金属的浸出特性分析

2.2.1 电石渣浸出毒性鉴别

浸出毒性的鉴别是比较常用的鉴别固体废物毒性的方法之一。将电石渣样品按照固体废物浸出毒性浸出方法,用去离子水进行浸出试验,对于浸出液中的重金属含量进行分析,将分析结果与《危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别》(CB 5085.3-2007)中所列的高允许浓度对比,结果见表2。

由表2可知,根据CB5085.3-2007规定,电石渣样品去离子水浸出液中As、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg和Cd等8种重金属的浸出浓度均远远低于国家控制的标准值。据此,从重金属浸出毒性分析结果来看,电石渣属于非危险废物。

2.2.2 电石渣浸出特性分析

综合比较表1、表2可知,总的来看,重金属在电石渣中的总含量越高,其浸出浓度越高,如Ni在电石渣中的含量高,其在浸出液中的浓度也高;Pb的总含量次之,其在浸出液中的浓度也次之。Hg在电石渣中的含量少,其在浸出液中的浓度,除Cr为未检出外,也是低的。

从表2还可以看出,在所有分析的金属中,除了Cr以外,试样中绝大部分重金属均能被浸出,但各自的浸出特性又不相同。我们使用浸出指数,即浸出液中某一重金属的含量与浸出前电石渣中原有重金属的含量的比值,来表示重金属从电石渣中迁移到浸出液中的能力的大小。

从计算出的各重金属的浸出指数可以看出,各种金属的浸出能力明显不同,在所有分析的金属中,除Cr以外均能被浸出,但浸出能力各不相同。Cd虽然在电石渣的成分中含量较高,超出了土壤质量三级标准,但是它的浸出能力很低,不容易受到雨水淋溶作用而导致溶出的重金属在环境中累积。Pb和Ni浸出能力较大,其浸出指数分别为3.814%和3.341%,而As和Hg这两种剧毒物的浸出指数分别为1.738%和1.981%,经过雨水长期的淋溶作用可能导致溶出的重金属在环境中累积,从而对环境造成污染。因此,在长期大量堆放电石渣时,特别是在Pb和Ni土壤或地下水本底值较高的地区和环境敏感地区,应该特别注意问题。

2.2.3 脱硫渣浸出特性分析

电石渣进入脱硫系统后,与烟气中的SO2发生反应,生成CaSO4和H2O,至pH在5.5左右时排出系统。本试验中,以硫酸滴入电石渣溶液,模拟脱硫系统内的反应,至溶液的pH值降至5.5,以此来研究电石渣经脱硫后的产物,即脱硫渣的堆放,对于环境产生的影响。混合液经浸出试验,对浸出液中的重金属含量进行分析,结果见表3。

从表3可以看出,在脱硫渣浸出中,8种重金属的浸出浓度均低于国家控制的标准值。因此,从重金属浸出毒性分析结果来看,由电石渣作为脱硫原料而产生的脱硫渣仍然属于非危险废物,因而无需处理便可以直接填埋。但是各成分的浸出浓度照比在pH为12的去离子水溶液中的浸出浓度,均有一定程度的增加。

3、结语

(1)电石渣的成分分析说明,电石渣属于高水分的强碱性物质,其主要成分为Ca(OH)2,同时含少量的硅、铝、铁及重金属元素,As 、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg等7种重金属元素的含量均符合土壤三级质量标准的要求,只有Cd的含量较高,超出土壤质量三级标准的要求,基本不会对土壤造成污染。

(2)电石渣的浸出毒性试验表明,重金属在电石渣中的含量越高,其浸出浓度也越高,如Ni和Pb。浸出液的最终pH值对电石渣中部分重金属浸出特性的影响比较明显:Pb和Ni的浸出能力在碱性环境中表现得较为突出,而酸性环境下更有利于Pb、Cu和Cd的浸出。研究表明,电石渣及其脱硫产物的各种重金属的浸出浓度均低于国家控制的标准值,属于非危险废物。

(3)根据电石渣的浸出特性,在长期堆放电石渣及其脱硫产物时,应考虑重金属溶出可能造成的环境污染。在设计时,应综合当地土壤和地下水的重金属的本底值,与电石渣在不同pH下的重金属的浸出特性,考虑电石渣和脱硫产物堆放处的防雨、防渗措施;同时,在脱硫石膏脱水过程中,应严格控制石膏的含水量,以防止长期的堆放、渗漏和聚集而对局部环境造成重金属污染。