CN100494782C

CN100494782C - 一种砷富集植物蜈蚣草的安全焚烧方法

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Publication number: CN100494782C
Application number: CNB2005101274480A
Authority: CN
Inventors: 阎秀兰; 陈同斌; 廖晓勇; 黄泽春
Original assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Current assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: CN1978992A

Abstract

一种含砷物质安全焚烧的方法，将粉碎后的含砷物质先用15%Mg(NO₃)₂湿润，烘干后再和MgO粉末按照2～4∶1(W/W)的比例混匀；或将粉碎好的含砷物质直接与CaO按照2～4∶1(W/W)的比例混匀后，于燃烧状态下(300～800℃)进行焚烧，焚烧后回收灰分中多余的MgO或CaO以重复利用。该方法可以有效阻止含砷物质在焚烧过程中砷的挥发；大大减少待处理物质的重量和体积，降低后续处置成本；固砷剂可与物质中的砷形成稳定的化合物，避免灰分中的砷在填埋等处理方式中淋溶下渗，降低二次污染风险。该方法适用于含砷植物、含砷防腐剂处理后的木材、高砷煤等物质的焚烧处理。

Description

一种砷富集植物蜈蚣草的安全焚烧方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及一种处理含砷物质的方法，具体地说涉及一种含砷物质安全焚烧的方法，避免焚烧过程中砷挥发对大气环境造成污染的方法。

背景技术

砷是一种有毒类金属元素。据统计，由于人类活动输入土壤中的砷每年可达52 000-112 000吨(Nriagu和Pacyna，《Nature》，1988年第333卷134-139页)。砷污染会对人体健康造成威胁，但砷污染的治理十分困难。

植物修复技术是一种利用植物去除环境中污染物的“绿色”环保技术，具有投资少、操作简单等优点。2001年，陈同斌等在湖南郴州建立了世界上第一个砷污染土壤的植物修复基地，其每年的砷去除效率可达到8％(廖晓勇等，《环境科学学报》，2004年第24卷第3期455-462页)。但是，在植物修复过程中会产生大量待处理的收获物(其产量约为5000kg·ha^-1·a^-1干重)。如果应用蜈蚣草修复1000km²的砷污染土壤，每年至少产生50万吨(干重)高含砷量的植物收获物。因此，收获物的后续处理问题是植物修复技术推广应用的关键步骤。

焚烧是处理固体废弃物的常用方法。焚烧处理有很多优点，如能产生能量、减少处理体积等。但是砷是一种易挥发元素，含砷物质的焚烧会导致砷的挥发，给环境造成二次污染。在我国贵州省兴仁县，就存在因家庭生活燃用高砷煤而引起燃煤型砷中毒问题。1976年，该地发生砷中毒病人877例，1991年增至1549例，2001年增至2100余人，病人普遍因恶性肿瘤死亡(李达圣等，《中国地方病学杂志》，2004年第23卷第1期42-45页)。据报道，火电厂排放的废气中有0.7-52％的砷以气态形式存在，气相浓度可达到7μg·m^-3(Germani and Zoller，《Environmental Science &Technology》，1988年第22卷第9期1079-1085页)。而用木材防腐剂(CCA)处理过的木材在焚烧过程中，有8～95％的砷会挥发进入环境(Helsen et al.，《Environmental Science & Technology》，2000年第34卷第14期2931-2938页)。因此，如何减轻或消除焚烧过程中砷挥发对环境的污染，是一个亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含砷物质安全焚烧的方法。

为实现上述目的，本发明提供的方法以Mg(NO₃)₂/MgO或CaO为固砷剂，其主要步骤包括：

a)将含砷物质粉碎；

b)在粉碎好的含砷物质中先加入重量百分比为15％的Mg(NO₃)₂溶液，将含砷物质湿润后，于60～100℃下加热干燥；

c)将MgO干粉铺在含砷物质表面，含砷物质干重与MgO干粉的重量比为2～4:1，于300～800℃下焚烧；或者

d)将粉碎好的含砷物质与CaO粉末混合均匀，含砷物质干重与CaO干粉按重量比为2～4:1，于300～800℃下焚烧；

e)回收焚烧灰分中的MgO或CaO以重复利用。

所述含砷物质粉碎至粒径小于5mm。

所述MgO干粉和CaO干粉的粒径均为0.1-0.2mm。

所述含砷物质为含砷植物、含砷防腐剂处理后的木材和/或高砷煤。

本发明的方法中，在高温下含砷物质中的砷可与Mg(NO₃)₂/MgO或CaO等固砷剂反应，生成耐高温、不挥发的稳定化合物。我们通过基于正负电子对撞机的EXAFS研究证明，该反应后分别生成焦砷酸镁或砷酸钙。这两种物质在高温下非常稳定，不易分解，因此在含砷物质中加入以上两种固砷剂后能大量固持样品中的砷，使之在高温下不会挥发。

与传统的直接焚烧含砷物质的方法相比，使用固砷剂可控制样品中砷的挥发，避免对环境造成污染，且焚烧灰分中多余的固砷剂可以回收并循环利用；焚烧后的灰分中砷浓度非常高，可采用化学的方法对含砷化合物进行进一步提炼，达到既保护环境又资源化利用的目的。这种方法具有投资少和维护成本低、工程量小，管理技术要求不高，不产生二次污染等优点，是一种廉价、高效、实用、简便的含砷物质焚烧方法。本发明解决了含砷物质在焚烧过程中砷的挥发问题，具有良好的环境效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的含砷物质添加固砷剂进行安全焚烧处理的工艺流程示意图。

图2为本发明不同处理条件下含砷物质中砷的挥发损失率随焚烧温度的变化。

图3为本发明中蜈蚣草焚烧时不同固砷剂及用量对固砷效果的影响。

具体实施方式

以下是利用固砷剂对含砷物质进行处理的实施例。

实施例1：

以砷超富集植物蜈蚣草为例，先将蜈蚣草烘干粉碎(粒径为2mm)，称取0.2g样品放入坩埚。纯蜈蚣草样品直接放入马弗炉进行灰化处理；一部分蜈蚣草样品先加入15％Mg(NO₃)₂溶液湿润，80℃下加热，干燥后将0.2gMgO干粉(粒径为0.15-0.2mm)均匀铺在样品表面；一部分蜈蚣草样品加入0.2g CaO粉末并混匀，所有样品分别在100、200、300、400、500、600、700和800℃下进行焚烧处理。

不同处理条件下样品中砷的挥发损失率随焚烧温度的变化见图2。结果表明当焚烧温度为100～200℃时，纯蜈蚣草样品中砷的损失率很低(<1％)；而当温度升高至300℃，样品中的砷开始挥发，之后随着温度的升高，样品中砷的损失率也逐渐增高，最高可达到21％。

在蜈蚣草中加入Mg(NO₃)₂/MgO或CaO能显著降低样品中砷的挥发。从100～800℃，样品砷的损失率均在2％以内。因此，两种固砷剂均能很好地固持样品中的砷，避免其在高温下挥发。

实施例2：

按照图1所示的含砷物质添加固砷剂进行安全焚烧处理的工艺流程示意图，以砷超富集植物蜈蚣草为例，在800℃的焚烧温度下比较两种固砷剂的不同使用量对样品中砷的固定效果。所有处理中蜈蚣草的称样量均为0.4g。图3中的CK处理表示纯蜈蚣草样品在高温下直接焚烧，结果表明22％以上的砷会挥发进入环境；加入固砷剂的4个处理能够有效地控制砷的挥发(As损失率低于3％)：Mg(加入MgO 0.2g，15％ Mg(NO₃)₂溶液5ml)，Mg(加入MgO 0.1g，15％ Mg(NO₃)₂溶液2.5ml)，Ca(加入CaO 0.2g)和Ca(加入CaO0.1g)。因此，从该技术实际应用的经济有效性方面考虑，含砷物质干重和MgO干粉重量的适宜的比例为2～4:1；含砷物质干重与CaO干粉的适宜比例为2～4:1。(图3中：CK表示纯蜈蚣草样品；Mg(0.2，5)表示在蜈蚣草中加入0.2g MgO和5ml15％ Mg(NO₃)₂；Mg(0.1，2.5)表示在蜈蚣草中加入0.1g MgO和2.5ml 15％ Mg(NO₃)₂；Ca(0.1)表示在蜈蚣草中加入0.1g CaO；Ca(0.2)表示在蜈蚣草中加入0.2g CaO)。

Claims

1、一种砷富集植物蜈蚣草的安全焚烧方法，以Mg(NO₃)₂/MgO或CaO为固砷剂，其主要步骤是：

a)将砷富集植物蜈蚣草粉碎；

b)在粉碎好的砷富集植物蜈蚣草中先加入重量百分比为15％的Mg(NO₃)₂溶液，将砷富集植物蜈蚣草湿润后于60～100℃下加热干燥；

c)将MgO干粉铺在砷富集植物蜈蚣草表面，砷富集植物蜈蚣草干重与MgO干粉的重量比为2～4∶1，于温度为300～800℃进行焚烧；或者

d)将粉碎好的砷富集植物蜈蚣草直接与CaO粉末混合均匀，砷富集植物蜈蚣草干重与CaO干粉按重量比为2～4∶1，于温度300～800℃进行焚烧；

e)回收焚烧灰分中的MgO或CaO以重复利用；

所述含砷物质粉碎至粒径小于5mm；

所述MgO干粉和CaO干粉的粒径均为0.1-0.2mm。