一种三维电极除垃圾焚烧飞灰中重金属的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生活垃圾处理领域，涉及固体废弃物处理技术，具体涉及一种三维电 极除垃圾焚烧飞灰中重金属的方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市化进程的加快，城市生活垃圾产生量日益增多，而生活垃圾的堆放不仅 会占用大量的有限土地资源，而且容易滋生各种对人类和其他生物有害的细菌等，从而严 重影响人类生存的环境。因此，寻求一种适合我国城市生活垃圾特性、符合我国经济发展水 平的垃圾处理方法势在必行。而垃圾焚烧处理是目前国内外一种比较有效且应用广泛的垃 圾处理方法，它具有减容、减量、处理时间短等显著特点，更重要的是该技术能够利用生活 垃圾焚烧余热发电，实现生活垃圾的再利用，使其资源化。目前国内已建和在建的城市生活 垃圾焚烧发电厂已达100余座。虽然垃圾焚烧在资源处理方面有很大的效益，但生活垃圾 焚烧过程中会产生大量的烟尘，且大量重金属在高温条件下会挥发至烟气中，并最终富集 在焚烧垃圾飞灰中。如铅、铜、镉、锌等重金属及盐类，在焚烧过程中这些重金属的形态发 生了改变，转化为更易迀移的存在形式，并且它们大多具有致畸致癌性，若焚烧飞灰处置不 当，其中的有害元素释放到环境中，对周边人群的健康和生态环境会造成巨大的威胁。
[0003] 目前消除垃圾焚烧飞灰中的重金属污染物大致有以下两种：第一种为固化法，即 将重金属固化于飞灰颗粒之中，比如采用水泥固化、化学稳定法等，但这些方式不能确保日 后飞灰之中的重金属元素受到外界干扰后再度污染环境。第二种为"剥离"法，即将重金属 元素从飞灰颗粒中"剥离"开来，使得飞灰中不再含有重金属元素，并对重金属元素回收利 用，比如采用熔融、酸浸提取法等，但是前者高温作用下重金属容易挥发，造成二次污染，后 者效果好但是依赖酸浸提取飞灰中的重金属，酸浸提剂的消耗量巨大，成本高。
[0004] 电动去除方法已经展现了在重金属去除方面的作用，可以作为飞灰中重金属去除 的潜在方法。但是现有电动去除技术很多的缺陷，修复周期长，重金属去除率不高等问题。 所以解决上述现有技术电动去除重金属领域所存在的缺陷是本领域重要的研宄前沿。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维电极除垃圾焚烧飞灰中重金属的方 法，解决电动去除重金属去除率不高的问题，此方法操作简单，使用仪器少。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种三维电极除垃圾焚烧飞灰中重金属的方法，包括以下步骤：
[0008] 1)、将垃圾焚烧飞灰样品干燥并细化成粒度小于200目的粉末，以质量比3~ 9:100取粒径范围2mm~6mm石墨颗粒与细化后的飞灰样品充分混合，以质量体积比1~ 2:1往混合样中加入水并搅拌均匀，用乳酸和硝酸混合酸溶液调节混合样品pH值为5~6， 所述混合酸溶液为〇· 375~I. 5mol/L的乳酸与0· 125~0· 5mol/L的硝酸以体积比1:1混 合制成；
[0009] 2)、将步骤1)所制备的飞灰混合样品置于电解槽样品区域，将石墨电极与不锈钢 电极分别放置于阳极电极槽和阴极电极槽内，接通电源通电，开始飞灰重金属去除。
[0010] 进一步，所述步骤2)通电去除重金属过程中每隔12小时于阳极缓慢添加去离子 水保持飞灰样品与水的质量体积比为1~2:1，每隔24小时于阴极槽加入2~3ml混合酸 溶液保持pH为5~6。
[0011] 进一步，所述步骤1)中混合样与水质量体积比为1:1。
[0012] 进一步，所述步骤1)中垃圾焚烧飞灰样品干燥温度为105°C。
[0013] 进一步，所述步骤1)加入石墨颗粒与飞灰样品质量比为9:100。
[0014] 进一步，所述步骤1)中石墨颗粒粒径为4mm。
[0015] 进一步，所述步骤2)电源电压梯度为0. 75~3V/cm，通电时间为7~15d。
[0016] 更进一步，所述步骤2)电源电压梯度为I. 5V/cm，通电时间为15d。
[0017] 进一步，垃圾焚烧飞灰中所含重金属元素包括Cu、Zn、Pb、Cd。
[0018] 本发明的有益效果在于：1)飞灰电动修复过程中石墨颗粒的加入，可以有效地增 大电极的比表面积，改善物质的传质效果，加大离子的移动速率，同时可以提高电流效率和 电解产率，并且这种方法可以促使样品pH分布更均匀，重金属迀移效率加大，达到了提高 飞灰中重金属去除率并缩短实验周期的目的；2)本发明用乳酸和硝酸混合酸调节飞灰PH 值，可降低电解槽中电解液的pH值，使pH变化更加缓和，分布更加均匀，从而减少电动修复 过程中重金属沉淀量。同时加入的乳酸可以与重金属离子形成阴离子络合物，在电迀移作 用下，可以促进重金属在电解槽中的迀移，强化重金属在阳极槽的富集效应，有利于后期对 重金属进行回收；3)后期可对石墨颗粒电极进行回收再利用。
【附图说明】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0020] 图1为圆柱形三维电极电解槽装置图，其中A为圆柱形三维电极电解槽俯视图，B 为圆柱形三维电极电解槽正视图。
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0022] 实施例1用三维电极除垃圾焚烧飞灰中重金属
[0023] 首先将飞灰样品于105°C条件下在恒温烘箱中烘烤12小时，然后用200目筛选出 粒径小于200目的粉末，采用激光粒度分析仪对样品进行分析，分析发现飞灰粒径大致呈 正态分布，粒径分布为20 μπι~250 μπι之间，用X射线焚光光谱仪对样品元素成分进行分 析，分析发现飞灰样品中重金属包含Cu、Zn、Pb、Cd等。
[0024] 选取石墨颗粒电极粒径为2~6mm，将石墨电极洗净，置于105°C烘箱中恒温烘干 1小时，备用。配制乳酸和硝酸的混合酸溶液，混合酸溶液为0. 375~I. 5mol/L的乳酸与 0· 125~0· 5mol/L的硝酸以体积比1:1混合制成。以质量比3~9:100取粒径范围2mm~ 6_石墨颗粒与细化后的飞灰样品充分混合，以质量体积比1~2:1往混合样中加入水并搅 拌均匀，用乳酸和硝酸混合酸溶液调节混合样品PH值为5~6,将上述混合样置于电解槽 样品区域（圆柱形三维电极电解槽装置图如图1所示，其中A为圆柱形三维电极电解槽俯 视图，B为圆柱形三维电极电解槽正视图），将石墨电极与不锈钢电极分别放置于阳极电极 槽和阴极电极槽内，接通电源通电，保持两极电压梯度为〇. 75~3V/cm，持续通电7~15d。 每隔12小时记录一次系统电流、样品区域电压降数值和电导率，并于阳极缓慢添加去离子 水；每隔24小时记录一次电解槽阴阳极电解质溶液pH值，并于阴极槽加入2~3ml混合酸 溶液调节阴极pH值保持在5~6。
[0025] 实施例2各因素对飞灰重金属去除率与浸出毒性的影响
[0026] 本方法测定飞灰中重金属含量按照《固体废物浸出毒性浸出方法-醋酸缓冲溶 液法》（HJ/T300-2007)进行测定，所用浸提剂为醋酸溶液，设定转速30±2 (r/min)，搅拌 18±2h。
[0027] 浸出毒性试验所用设备全自动翻转振荡器，型号为JRY-Z06,重金属浓度测量设备 为单道火焰法-氢化法联用原子荧光光谱仪，型号为SK-2002B。
[0028] 1、石墨颗粒电极投加比例对飞灰重金属去除率与浸出毒性的影响
[0029] 取飞灰样品200g，阳极电极采用石墨电极，阴极电极采用不锈钢电极，以钛丝作为 导线，以石墨颗粒电极投加比（质量比）为实验因素设计一个单因素实验，分别设置颗粒电 极与飞灰样品质量比为3 %、6%、9 %，探讨石墨颗粒电极投加比例对飞灰重金属去除率与 浸出毒性的影响，数据记录见表1所示：
[0030] 表1不同投加比时重金属去除率与浸出毒性
[0031]
[0032]
[0033] 由表1可看出，在石墨颗粒电极投加比为9%的时候，电动去除达到了最佳效果， 修复后焚烧飞灰中Zn、Pb、Cd、Cu的重金属去除率在45%~50%，且Zn、Pb、Cd的浸出毒性 超过了生活垃圾填埋场污染控制标准《GB16889-2008》。
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