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1、辽宁石油化工大学毕业设计（翻译）用纸重金属释放灰分使用水和酸连续处理摘要大多数烟中含有大量的重金属，当这些烟从经处理的或废弃的烟雾材料中散发出来时，它们对地下水构成了主要的环境威胁。是用水中提取物来测定易流动的金属成分可能并不时已个合适的方法。这篇研究描述了从烟雾材料中释放的重金属的种类及运用德国标准提取法KIN-S4测定的结果。四种不同的烟雾样本加入液体被拿去做一系列检测，其中的一些液体含有酸用来中和碳酸盐和氧化物。根据化学成分材料提取方法，所使用提取物的不同，重金属所显示类型也不同。所有重金属含量中指由一勺部分以水溶盐的形式出现。具有特殊重要意义的是，从木材烟中释放的碳元素的量。反应时间之
2、队重金属的释放有很小的影响。但是，大多数重金属的释放受之子加入之后的溶解过程大控制。这表明像CENTC292或其他的测定PH的实验在估算烟中重金属量的长期影响中是必不可少的。在烟雾材料的化学特征及重金属可溶性的基础上提出了如何处理或使用这四种烟材料。1.简介燃烧煤，木材及固体废弃物产生大量的烟，需要适当的处理或使用。同时，对生态系统中土地和水的环境成分的作用进程的不利影响应该降到最低。大多数烟富含重金属，这就构成对环境的重大威胁，因为重金属主要是对地下水的质量产生影响。一些因素影响着烟的成分，这些因素包括燃料的化学构成，燃烧条件，收集烟的方法和其他任何对烟的进一步处理。例如：Niederber
3、gertal分析了不同地方的126种木材烟的样品，他观察到了烟中有大范围的重金属：在底部的烟雾成分的平均质量及范围是：锌353，Cd3，Cr63，铜162，Vi46和Pb33。他们还报告说，锌Cadmium和锌在过滤烟盒漂浮烟中大量存在，因为这些元素在高温燃烧温度很容易被释放，这样在底层烟中就减少了他们的含量。Chromiumhe铜元素形成了稳定的状态。并且在最终的木材烟中仍然有很高的量。同木材烟相似的是，其他的烟也被报告说咽喉大量的种类繁多的成分。相反的是，Meyrahnetal 发现在褐煤烟中有相同稳定的中金属的值：34锌，21Cr， 和0.5 Cd。从烟中释放的重金属的形式和可溶性取于烟
4、材料的化学性质：I. 重金属可能会以水溶盐的形式存在，在溶解阶段稀释法，决定着浓度且不依赖PH值。II. 重金属会以溶解物或使中溶解物的形式存在，但被需要溶解的物质所阻拦。III. 重金属会在溶解过程之后被释放的形式出现。在这三种情况下重金属的释放遵守平衡原则或被动态控制。使用实验室来测定微量金属的溶解物，在德国使用并推荐DIN-S4方法，但在其他国家使用不同的方法，且有必要统一方法。当实验条件同那些在野外自然条件下发生的反应相比时，DIN-S4方法就显出又许多缺陷。例如：实验室方法同普通野外条件下观察的方法比较，有一格更高的溶液原料比率。金属释放率在实验室条件下摇晃的运用下被大大提高了。另一
5、个缺点是只研究了重金属材料释放的最初影响。因此，同重金属释放有关的需要另一种方法，这种方法能更适合于测定烟雾排放对地下水的短期和长期影响。研究的目的是：I 毕晓DIN-S4方法和一系列使用水和酸的液体加入物的实验，为的实获取不同烟材料中的重金属可流动成分。II 评估影响烟材料中微量金属可溶性的不同因素。III 阐述微量金属可溶性与不同的土地标准值及地下水污染的关系。2.材料和方法2.1 烟收集了四种化学物理性质不同的烟：市区固体废弃物焚烧的烟（MSWA），木材烟（WA），褐煤烟（BCA）及硬煤烟。MSWA杯国家研究和材料测试机构用作参考材料。WA从一个使用未处理山毛棒的木材的加热炉中收集。收集
6、的烟属于尾烟种类。BCA从RheinbraunAG中得到。它是从煤电站发出的漂浮烟，是由STEAGT提供的标准样品。2.2 烟的碳酸盐化过程MSWA被仿制在自然气候条件下（水分和气体co2）经历了部分碳酸盐化过程。其他三种烟在实验室条件下通过湿润和不断股如CO2气体的方式被碳酸盐化。烟被不断混合并且提取出样品来测定碳的含量。碳酸盐化进程持续到碳元素的分析不在发生变化为止。由于扩散进程控制了表面反应，所以不是烟中所存在的氧化物和氢氧化物都被碳酸盐化。正如这些物质的膏PH所反应的，仍然有大量的氧化物和氢氧化物存在。碳酸盐化的目的是稳定材料以更进一步利用，正如他在自然条件下的反应一样发生的反应一样。
7、碳酸盐化过程可能会降低碱性固体废弃物中可提取的无机污染物的浓度。例如：Garrabrant报告，波兰水泥，灰泥作为PH功能测定的铅和铜的可溶性，在碱性观环境下的碳酸盐样品比在原材料中的可溶性要低。2.3 提取过程2.3.1溶于水的微量有两种发放用来测定烟材料中溶于水的重金属微量元素：I。DIN-S4 II。一系列反应时间不同的实验。I。简要地，DIN-S4法适用大范围的水原材料比率，及24小时的反应时间。水提取物通过膜状过滤器分离。水提取物中重金属的电传导性PH值，以及浓度都被决定了。正常地，对于DIN-S4方法，建议只从水中提取一种物质，但是在此实验中可以顺次提取另外的两种物质。在评价此方法
8、是说道为了特别研究的需要，除水外的其他溶液可能适合。但是，因为此建议过于龙图，所以在大多数研究和应用中都用水来做。II。对于有也提补充物的一系列实验中的每项，100克的物质被放入内部含有膜状过滤器的150ml的塑料容器中。加入蒸馏水，将悬浮液遥匀，然后放置使其反应三段不同的时间（1h,24h, 71h）。通过真空过滤器将溶液从烟材料中分离出来。分离出100毫升的溶液用作分析。生育的溶液在加入100毫升的水，悬浮液在遥匀之后再被放置一段时间。这每一次反应过程都重复此程序十次。2.3.2 加HNO3的一系列实验不同量的酸背加入每一种烟的六种类似提取物中。对于每一种提取物，烟材料放入含有膜状过滤器的
9、提取装置中，并加入50毫升溶液。在第1步骤，分别加入的HNO3的量0，1，2，3，4，5，毫升。分离整体被摇晃30分钟以混合这些材料。在提取物被真空分离之前，混合液被搁置24小时。在第2个步骤，在每份样品中加入50毫升水和1毫升新鲜HNO3溶液，然后被遥匀，搁置，提取过程与步骤1进行的一样。这一过程进行六次。接下来，在第6个步骤，在BCA和WA烟中，加入的HNO3的量增为10毫升。在MSWA和HCA烟种增至5毫升。加入的酸的量。进一步有所不同，因此在最后一步，PH值产生了很大的改变。在12个步骤进行完毕之后，H+最大的积累量是6.76 （BCA，WA），2.60（HCA），2.16mmol g
10、-1(msw)这一过程的目的是研究从烟中释放的重金属物质的大幅度的PH值变化范围。2.4分析过程测定PH值使用一玻璃电极，测异电性。使用一导电表。金属物质和其他物质的浓度适用ICP-AES即可测定。碳元素的总量通过使用CN自动分析仪，由于氧化物测定。样品中的含量有ICP-AES在强压。高浓的HNO3环境下测定。特定的表面区域使用Quantachrome仪器测定。3.结果3.1碳酸盐化烟的性质MSWA含有3.4%的碳酸盐，PH值为11.1，微粒浓度为2.6g/cm-3，酸化微粒只有275g/kg剩余的主要成分可能是透明的，非晶体的硅化物。这些要素造成了MSWA表面区域的低吸收效果。MSWA是高度
11、不同的物质的混合物，这就导致了在复制样品中高度的元素多样性。MSWA含有大量的重金属成分，尤其是Cu,Ni,Cr和Zn。考虑到酸化微粒只有275g/kg,所有重金属中，可消化的成分含量就是挺高的。两类烟（WA和BCA）有高导电性，这表明这些烟除了含有碳酸盐之外，还含有大量溶于水的盐。WA含有大量钾元素，大部分以可溶物的形式存在。BCA的可溶微粒同产自于燃烧煤和石灰石过程的钙和硫相关。WA和BCA大部分成分可溶于HNO3，在消化过程之后只有少量的残留物。强压下可溶于HNO3溶液的重金属的量表明BCA是四种烟中重金属物质含量最少的。同WA相关，BCA中重金属含量的水平更低：Cd-41,Cu-13,
12、Cr-5,Ni-3,Zn-2,BCA中低的重金属含量可能同燃烧过程中向石灰石中加入褐煤有关，因为这一过程降低了在干燥重力情况下物质的含量。同MSWA相似，HCA也有弱导电性，大量的不溶物残留和少量的特定表面区域，HCA富含Ni和Cr金属。3.2 使用水提取时的微量金属物质在测定溶于水的微粒的浓度和数量时使用不同水原料比率的两种方法。对于所有烟来说两种提取物得PH值相近。有些烟中CU和NI得浓度在检测范围以下。在大多数情况下CD得浓度低，尽管在10：1得提取物中Cd的浓度略高于2：1的提取物。但检测可溶Cd的浓度时，两种方法其一可能会被用到。在高PH值的提取物中，WA提取物中Cr的浓度很高，尤其
13、是在2：1提取物中。假定同样数量的Cr微粒被更进一步稀释，则10：1提取物中的相对浓度比2：1提取物中可预测的值要高。在WA，BCA和HCA材料10：1的提取物中Ni的浓度比2：1提取物中的浓度要高。比较两种不同比例的提取物溶液中可溶于水的微粒的累积量，累积值代表了10：1比例中三步依次提取过程和2：1比例中10步依次提取过程。除极少情况外，在所有情况下，10：1比例中提取的重金属的量要高于2：1比例提取的量。10：1比例中首次提取物也显示出大部分成分的含量高于响应的2：1比例下的值。使用HNO3的分离实验中，最初五个步骤中加入少量酸时提取出的重金属的量同使用DIN-S4法得到的可溶物的量进行
14、比较。五个提取过程活的的重金属的最大累积值同DIN-S4法下的值比较得出如下次序：DIN-S4方法下此HNO3实验中提取得到更多的Cd和Ni；对于Cu，得到了不同的结果；对于Cr，大多数情况下的值相近，除了MSWA.3.3 反应时间对于重金属浓度和量的影响当每一反应步骤中反应时间改变的情况下，一系列含有水的实验并没有显示出重金属浓度上有明显的不同，但是，。对于MSWA（前五步）WA（第一步），HCA（前五步），随后反应时间的增加Cr的浓度也在上升。Cr浓度的增加对于MSWA，WA和HCA P 8）,加入的酸少于0.5m摩尔时，四种烟都放出一定数量的Cr。在一个样品WA中，大部分的Cr以可溶形式
15、存在，致使溶解浓度的最高值为3000lg1-1。Cr释放的第二阶段在PH小于6 的溶液中进行，这一过程可能同Cr的阳离子相关，Cr阳离子的溶解取决于加入质子的过程。HCA和MSWA两种烟在PH5的情况下显示出高浓度的Cr。除MSWA外，水溶液中Cu的浓度都很低，在加入少量H+后浓度依然在低水平上。在PH值为4的酸性条件下，在MSWA和HCA中有大量的Cu溶液。在其他两类烟BCA和WA中，在最终的PH值没有降至7以下时，此效果并不明显，在所有烟的水提取物中观察到的Cd的浓度很低，但在强酸性条件下，Cd的释放量有所增加。除WA外的所有烟的水提取物中Ni 的浓度都很低，在WA水提取物中Ni的浓度很高
16、为107.5lg1-1加入酸后溶液的PH值小于7.5，大量的Ni便被释放出来。WA物质即使在高PH值环境下依然有大量的可溶Ni被释放。4 讨论 四种烟材料在他们重金属的含量以及水提取物中重金属的量都有很大的差别。例如，在四种烟材料中，除了WA含有最高量 的Cd外，MSWA含有最高量的其他元素。但是使用水获得的微粒的量并不同烟物质中的总量是一致的。在10次水提取物中只有少量的Cu，Cd，Ni，Cr从MSWA中溶解出来。同样，HCA中几乎没有或之后少量的重金属物质是溶于水的。含有大量可溶盐的WA释放的几乎全是Cr。加入少量酸之后这些烟物质中大部分元素被释放除额外量。用来估测可溶微粒的方法仅提供了少
17、量的重金属易溶物，这表明DIN-S4法在测定烟中重金属释放的长期影响时的作用是有限的。因此，这一方法应当被放弃，而应选择例如CENTC292或其他的依靠PH值得试验。使用液体补充的一系列试验可能在一些情况下会提供关于溶解类型的的外信息，但他们缺乏在自然条件下能够获得的反应速度方面的信息。Van der sloot 和Hoede比较了PH静态过滤试验的结果和ANC试验数据结果，发现两种方法的除了相似的结果。因此，只要PH范围研究覆盖了在野外发生的可能范围，则不同的PH决定法对于测定重金属释放物的长期影响时都是同样有效的。元素释放类型取决于元素、原料种类、提取的方法和使用的提取物的类型。重金属的释
18、放取决于烟雾质的化学特征。例如，大量的重金属，尤其是Cr，从WA物质中释放出来。但是，大部分重金属会以在加入质子之后即被溶解释放出来的形式存在。同样，Cu和Ni的释放物也显示出同PH值变化密切相关的特征。除了元素的释放之外，重金属物质在反应时间增加、浓度降低的情况下有可能会二次沉淀。4.1根据重金属的可溶性而决定的利用或处理烟雾的评价在德国，大部分烟或者在普通处理厂处理、或者在含有或没有进一步处理设备的特定处理厂处理。每年只有少部分的烟微粒被商业利用。大量比例的重金属在WA中以可溶物的形式存在，尤其是可溶Cr和可溶Cd。这样高比例的重金属含量在大量应用于土地区时阻止了它的无限止的使用或处理。由
19、于CrIII 的强吸收性，它同有机物、氧化物、氢氧化物及其他矿物质形成复合分子的能力强，故CrIII比CrVI更不容易移动。由于剧毒CrVI和CrIII的降低包含了质子的吸入，所以毒性减弱在酸性条件下加强了。这一减弱是同在土壤表层的氧化环境、无氧环境和Vadose层中发生的微生物化进程相联系的。由于Cr产生于烟从表层移去的冷却过程，所以作了更多的努力来研发一种方法来降低Cr（VI）的浓度。当改进的方法能降低Cr（VI）的浓度或作了有效的努力选择合适的长堤时，燃烧木材料产生的尾烟更合理的利用或处理是可行的。MSWA含有大量易释放的重金属Cd、Cu、Ni、Cr。它的缓冲能力低，在溶解阶段加入少量的
20、酸会产生大量的重金属。例如：加入2m摩尔的酸会分解出36%的Cd，24%的Cu和14%的Ni。尽管分解出的Cr的总量很少，但它在低PH值下的浓度很高。更进一步，在固体焚烧时Cr（VI）向CrIII的转化并未被有效的研究。这一物质的使用将被高度限制，它的处理需要特定的地点。含有少量易分解重金属的MSWA被用于公路修建，而包装处理改善了它的机械特征，吸收成分处理或可溶磷酸盐处理降低了重金属的过滤程度。HCA同MSWA相似，它有弱的质子缓冲能力，加入少量酸会分解出大量的Cd,Cu,Ni和Cr。HCA通常含有少量的重金属，但也要考虑到Ni和Cu尤其是Cr的高溶解性。BCA有强的质子缓冲能力，但比其他烟物质含有更多的可溶盐，尤其是硫酸盐。重金属的含量和溶解性低，比未处理的木材散发的烟中的重金属含量要少。因此，像一些ws,它被推荐用作改良森林土壤。尽管如此，这一材料目前并没有被广泛使用，可能由于可溶的硫酸盐的大量存在。5.结论四种烟样本中重金属的释放依元素，物质类型，提取方法，使用提取物的不同而显示出不同的类型。1-72小时范围内每个提取步骤地反应时间对重金属的释放只有很小的影响，而大部分重金属的释放由加入质子后的溶解过程所控制。因此，烟中重金属释放的长期影响只能通过使用PH检测试验来估算。13
