Page 318 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

· 314 · 环境工程技术学报 第 13 卷

离子体质谱法》检测。成品砖中可浸出重金属浓度 表 1 试验用页岩和土壤的化学组成

按 照 GB/T 30810—2014《水泥胶砂中可浸出重金属 Table 1 Chemical composition of shale and soil
for test %
的测定方法》测定。
1.4 重金属浸出率和分配率计算方法 试验原料 SiO 2 Al O 3 Fe O 3 CaO Na O K O MgO
2
2
2
2
定义烧结砖中可浸出重金属的质量占重金属总 页岩 68.4 18.9 4.6 2.5 0.1 2.6 1.8
土壤 62.6 19.4 6.7 4.0 0.2 2.4 1.5
质量的比例为重金属浸出率，计算公式如下：
C l ×V
R l = ×100% （1） 表 2 试验用页岩和土壤中重金属浓度
C t × M
Table 2 Heavy metal concentrations of
式中：R 为重金属在烧结砖中的浸出率，%；C 为烧
l
l
shale and soil for test mg/kg
结砖中可浸出重金属的浸出浓度，mg/L； 为浸出液
V
试验原料 As Cd Cr Mn Ni Pb Cu
体积，L；C 为烧结砖中重金属浓度，mg/kg； M 为浸出
t
页岩 35.6 5.0 122.3 599.0 41.1 82.8 48.2
测试的烧结砖样品质量，kg。
土壤 5.2 1.5 400.0 617.2 69.0 55.7 26.4
以出砖窑系统的所有物质，即烟气、脱硫滤饼和
成品砖中重金属总量 为 100%，则重金属在各物料中 白工况和掺烧工况下烟气中的重金属浓度，判断烧
的分配率按下式计算: 结过程中烟气排放风险；2）通过对成品砖进行可浸
出重金属浓度检测，明确砖块在使用过程中的浸出
N i,j ×C i,j
K i,j = （2）
风险。此外，因我国目前已 有 GB 29620—2013《砖
N g ×C g,j + N f ×C f,j + N b ×C b,j
式中： K i,j 为重金属 j在样品 i中的分配率，%； N i,j 为重 瓦工业大气污染物排放标准》，掺烧工况下烟气中常
金属 j在物料 i中的产出量均值，kg； C i,j 为重金属 j在 规污染物排放需同时满足该标准。
样品 i中的浓度，mg/kg； 为烟气流量均值，m ； C g,j 为 2.2.1 烟气中污染物的排放分析
3
N g
烟气中重金属 j的排放浓度，mg/m ； 为脱硫滤饼产 2.2.1.1 常规污染物
3
N f
生量均值，kg； C f,j 为脱硫滤饼中重金属 j的浓度， GB 29620—201 中规定了砖窑烟气颗粒物、
3
mg/kg； N b为砖块产出量均值，kg； C b,j为成品砖中重金
SO 、NO 和氟化物的排放限值。在标准规定的
x
2
属 j的浓度，mg/kg。
2
18 % 烟气基准氧含量下， 种工况常规污染物检测结
2 结果与讨论 果如 表 3 所示。

2.1 页岩和试验土壤组成成分对比 表 3 种工况下烟气中常规污染物浓度
2

试验所用页岩和土壤的化学组成和重金属浓度 Table 3 Concentrations of general
pollutants in flue gas under two conditions mg/m
3
如 表 1 和 表 2 所示。 种原料的化学组成较为相似，
2
均以 SiO 、Al O 和 Fe O 为主，同时还有少量的 GB 29620—2013
3
3
2 2 2 污染物 空白工况 掺烧工况 排放限值
CaO、Na O、K O 2 及 Mg 等物质。烧结砖的强度主 颗粒物 3.5 3.6 30
O
2
要 受 S 和 i A 浓度影响，适宜成砖 的 SiO 和 2 Al O
l
2 3 SO 2 2.6 10.5 150
占比分别为 55%～70 % 和 10%～20% [19] 。过高的
NO x 18.3 9.1 200
SiO 和 2 Al O 浓度将大幅降低烧结砖的塑性并显著 氟化物
3
2
提升烧成温度。土壤 中 As、Cd、Cr、Mn、Ni、P 和 0.67 0.31 3
b
x
2
C 有检出，而其 中 C 和 r M 浓度显著高于其他重金 由 表 3 可知， 种工况下颗粒物、SO 、NO 和氟
u
n
2
属，为主要特征污染物。试验土壤 中 C 和 r M 浓度 化物的排放浓度均低于标准限值，且掺烧工况下仅
n
2
显著高于页岩， 但 A 浓度相对较低。从化学组成和 SO 排放浓度较空白工况显著提升。掺烧工况烟气
s
2
重金属浓度来看，该土壤具备替代页岩制备烧结砖 中 SO 排放浓度的提升可能由试验土壤的 高 S 含量
的潜力。 引起。本次试验所用土 壤 S 含量约 为 0.6%，高于我
2.2 烧结砖烧结和使用过程中环境安全性分析 国主要地层板块页岩 中 S 含量平均 值 (0.5%)，因此
2
从 图 1 的烧结工艺流程来看，土壤中重金属主 造成烟气 中 SO 排放浓度有所增加。从烟气中常规
要 有 2 个流向：1）在砖窑高温条件下挥发进入烟气， 污染物含量来看，利用含重金属土壤为原料制备的
随后通过烟囱排入大气中；2）在烧结过程中被固化 烧结砖，烧结过程中烟气常规污染物排放风险可控。
到成品砖里。因此，烧结砖烧结和使用过程中的环 2.2.1.2 重金属
境安全性分析主要 从 2 个方面进行：1）通过对比空 目前我国砖瓦行业暂无烟气中重金属排放标