1、第45卷于倩雯，吴寅凯，尹俊权，等.DOM对飞灰中重金属溶出影响及环境风险评估J.环境科学与技术，2022，45（12）：174-181.Yu Qianwen，Wu Yinkai，Yin Junquan，et al.Effects of DOM on leaching of heavy metals in fly ash and environmental risk assessmentJ.Environmental Science&Technology，2022，45（12）：174-181.Environmental Science&Technology第45卷 第12期2022年12月V
2、ol.45 No.12Dec.2022环境科学与技术 编辑部：（网址）http:/（电话）027-87643502（电子信箱）收稿日期：2022-06-08；修回2022-08-20基金项目：国家自然科学基金项目（52000111，51978350）；山东省博士后创新项目（202103026）；青岛市博士后应用研究项目（2020年7月）作者简介：于倩雯（1998-），女，硕士研究生，研究方向为固体废物处置与资源化，（电子信箱）；*通讯作者，男，副教授，硕士生导师，主要从事固体废物污染控制与资源化方向的研究，（电子信箱）。DOM对飞灰中重金属溶出影响及环境风险评估于倩雯，吴寅凯，尹俊权，李卫华*
3、，孙英杰，葛燕辰，何依洋（青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛市固体废物污染控制与资源化工程研究中心，山东青岛266520）摘要：该文探究了溶解性有机物(DOM)在不同环境pH条件下对稳定化飞灰中重金属(Pb、Zn、Cu、Cd)溶出行为的影响并进行环境风险评估。腐殖酸(HA)和富里酸(FA)浸提环境下pH值均是主导飞灰中重金属浸出的关键因素，且pH越低，浸出浓度越高。DOM会影响浸出重金属在“飞灰-浸出液”体系中的终点浓度分布，但其影响规律因浸提环境(HA或FA)、飞灰类型、重金属种类而异，同时受环境pH的影响。相比HA浸提环境，FA对重金属的终点浓度分布影响波动较大，并无一致性规律。DOM在
4、3种环境pH条件下总体上均减弱了稳定化飞灰重金属的“总体浸出环境风险水平”。酸中和能力(ANC)是维持填埋稳定化飞灰所赋存重金属稳定性的关键，一旦飞灰的ANC被酸性pH环境所耗尽，螯合剂或磷酸稳定化作用以及DOM的减弱作用均难以阻碍重金属浸出环境风险的再次增加。研究结果能够为非规范填埋条件下(如因未严格分区填埋存在酸性有机渗滤液入侵现象)稳定化飞灰中重金属浸出行为评价及环境风险管控提供科学依据。关键词：稳定化飞灰；重金属；垃圾渗滤液；溶解性有机物；环境风险中图分类号：X705文献标志码：Adoi：10.19672/ki.1003-6504.1349.22.338文章编号：1003-6504(2
5、022)12-0174-08Effects of DOM on Leaching of Heavy Metals in Fly Ashand Environmental Risk AssessmentYU Qianwen，WU Yinkai，YIN Junquan，LI Weihua*，SUN Yingjie，GE Yanchen，HE Yiyang（Qingdao Solid Waste Pollution Control and Resource Engineering Research Center,School of Environmental and Municipal Engine
6、ering,Qingdao University of Technology,Qingdao 266520,China）Abstract：This paper intended to explore the effects of DOM(dissolved organic matter)on the behavior of leaching ofheavy metals(Pb,Zn,Cu,Cd)in stabilized fly ash under different environmental pH conditions,and to perform the corresponding en
7、vironmental risk assessment.It was found in the experiment that pH value under the condition of leaching withHA(humicacid)andFA(fulvicacid)wasthekeyfactoroftheleachingofheavymetalsinfly ash,i.e.,thelowerthe pH,the higher the heavy metals concentration in leachates.Besides,DOM would affect the end-po
8、int concentration distribution of leachedheavy metals in the fly ash/leachate system,but the law of its influence varied with the leaching environment(in HA or FA),fly ash type,and heavy metal species,and would be affected by environmental pH.Compared with leaching with HA,theeffect on the end-point
9、 concentration distribution of heavy metals in FA environment fluctuated rather strong,but with noregularity.In general,DOM could weaken the overall leaching environmental risk level of heavy metals in stabilized flyash under the condition of environmental pH,and ANC(acid-neutralizing capacity)was c
10、ritical to maintaining heavymetalsstability of stabilized fly ash in the landfill-once ANC of flyash was exhausted by acidic pH environment,both thestabilization effect of chelating agent and phosphoric acid and the weakening effect of DOM were difficult to prevent there-increase of environmental ri
11、sk of the leaching of heavy metals.Consequently,the experimental study could provide thescientific basis for evaluating the behavior of heavy metals leaching of the stabilized fly ash and environmental riskmanagement/control,especially in the scenario of the non-standardized landfills wherein the in
12、vasion of acidic organic leachatemay exist due to the lacking of strict zoning landfills.Key words：stabilized fly ash;heavy metal;landfill leachates;DOM;environmental risk第12期垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧过程中被烟气净化设备所捕集的焚烧残余物，其主要因富集多元化的重金属污染物，属于危险废物1。飞灰的稳定化技术主要有水泥固化、磷酸或螯合剂稳定化等2。其中无机稳定化药剂磷酸通过与重金属结合形成难溶性磷酸盐沉淀，有机螯合剂则是与金
13、属离子通过配位键和离子键结合形成环状络合物降低重金属的迁移能力，而单纯水泥固化技术因增容比大的缺点逐渐被淘汰3。当前我国的垃圾焚烧飞灰产生量逐年上升，生活垃圾填埋场污染控制标准 中规定飞灰经稳定化处理后，重金属的醋酸缓冲溶液浸出浓度在满足标准限值要求后，可以进入垃圾填埋场单独分区填埋4-6。尽管标准中明确要求单独分区填埋，但由于操作、管理不规范等主客观原因，存在有机垃圾渗滤液进入飞灰填埋区的可能7。生活垃圾渗滤液组分复杂多变，其中溶解性有机物(DOM)是渗滤液中有机物的重要组成成分，最高占比可达85%以上8，9。DOM可分为腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机质(HyI)。腐殖酸相对分子
14、量在2 00010 000之间，而富里酸相对分子量较小，一般在300400之间10。其中HA和FA统称为腐殖质(HS)，HS一般具有胶体特性，且具有巨大的表面积和表面能，具有较强的吸附能力。DOM中含有的-COOH、-OH、-NH2和C=O等官能团能作为“载体”与重金属离子发生络合反应，从而会对其浸出起到促进或抑制效果，同时络合作用会受环境pH的影响11，12。Olsson等13采用柱式淋溶试验研究了湖水中DOM对垃圾焚烧底灰中重金属浸出的影响，发现底灰能够有效吸附DOM。Wang等14研究表明，飞灰基质能够与FA发生吸附作用，而HA和重金属离子会发生络合作用，进而“飞灰基质-HA-重金属离子
15、”三相间的作用关系能够促进Pb2+和Cu2+在飞灰基质上的吸附。Gao等15通过柱式淋溶实验研究垃圾渗滤液中溶解性有机物对土壤中重金属迁移影响，发现DOM浓度越高对土壤中Cd和Zn的溶解促进作用越明显，而对Cu和Pb的溶解促进作用则相反；同时DOM能够通过改变其pH和Eh影响重金属在土壤中的吸附和解吸，进而影响重金属的迁移。庞会从等16研究表明，DOM对Cu、Cd在土壤中的吸附促进作用显著，对Pb、Zn的吸附影响微弱或不明显。此外，HA能够与土壤中组分形成复合体，钝化重金属降低土壤中重金属的迁移性；FA则有助于土壤中重金属的溶解，促进重金属的移动。相关研究发现，DOM 能够增加对Cu2+的吸附
16、，且相对分子量越小（如FA）对Cu2+的吸附效果越好；Cu2+优先与亲水性蛋白质小分子组分络合17。鉴于目前关于DOM对重金属浸出影响的研究多关注于土壤或水体中，然而鲜有关于DOM对稳定化飞灰中重金属浸出行为影响及环境风险评估的相关研究。本研究旨在模拟有机垃圾渗滤液入侵飞灰填埋区的情景，以探究其中DOM对稳定化飞灰中重金属溶出行为的影响。利用人工配制的不同类型(HA、FA)及浓度(0、20、50、100 mg/L)的DOM溶液，探究其在不同终点环境pH值(3、7、10)条件下对稳定化飞灰中目标重金属(Pb、Zn、Cu、Cd)溶出行为的影响，并通过OPTI环境风险评估模型评估各实验条件下重金属浸出环境风险的演化情况。以期为实际填埋场，尤其未执行严格分区填埋的稳定化飞灰中重金属的浸出行为评价及环境风险管控提供科学依据。1材料与方法1.1实验材料实验选用的飞灰原灰样品取自青岛市某日处理能力为(4002)t/d的生活垃圾焚烧厂，焚烧炉型为机械炉排炉，烟气净化系统采用“SNCR脱硝+半干法+干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘”工艺。飞灰原灰的主要化学组成(%)和重金属含量(mg/kg)分别呈CaO(