元素形态变异：揭示一个令人惊讶的发现

对固废中元素含量及其赋存状态的研究，常可以揭示出固废组成变化的规律，为后续的处理和分析奠定基础。前期研究中，曾对上海某生活垃圾焚烧厂炉渣中铜、铁、铝金属的赋存状态进行了分析，结果如表5-1所示。炉渣中Al以Al2 O3和单质Al金属的形式存在，单质Al占炉渣中Al元素总量的25.0%，而且89%的单质Al分布于d＞5 mm 的炉渣中，d≤5 mm 炉渣中的Al绝大部分以Al3+存在，炉渣粒径越小，其比表面积越大，Al金属的氧化程度越高；单质Fe占铁元素总量的7.1%，仅分布于d＞20 mm 级配的炉渣中，其余Fe多以Fe2 O3形式存在，这可能与炉渣稍微放了一段时间有关，更小粒径的残余Fe在此期间被氧化了；单质Cu分布于d＞3 mm 的炉渣中，但占Cu元素的含量较低，约占6.9%。

表5-1　生活垃圾焚烧炉渣不同价态金属所占比例　单位：%

表5-2则示出了不同研究中Fe、Al、Cu单质的含量。可以看到，不同的研究，其含量的差异相当大，这既关系到炉渣处理厂家的经济利益，也关系到相关回收技术的效率。中国普遍的，单质铁、铜的含量低于欧美，这可能是生活垃圾焚烧之前已有人从中拾荒的缘故。而铝由于很分散（通常以铝箔形式存在，加热熔化后才缩聚成液滴状），焚烧之前被捡拾很少，因此其含量与国外相近。

表5-2　不同来源生活垃圾焚烧炉渣金属单质的含量　单位：%(www.xing528.com)

还可以考虑非金属元素的赋存状态。仍以生活垃圾焚烧残渣（包括飞灰与空气污染控制残渣在内）为例，考察其中碳元素的赋存状态（Stefano Ferrari等，2001）。生活垃圾残渣中有机碳的化学表征，可通过向单质碳、水可萃取有机碳、二氯甲烷可萃取有机碳、不可萃取有机碳的定量分类，以及随后各自碳物种的化学和形态学研究实现。炉渣、锅炉灰和空气污染控制残渣在有机碳组成及各自碳物种方面表现出了显著的差异。尽管锅炉灰和空气污染控制残渣主要受单质碳的控制，但炉渣表现出了更为多面、更为多变的有机碳组成，可萃取有机碳和不可萃取有机碳的百分比更高。

碳赋存形态的结果提供了生活垃圾焚烧时所发生物理化学过程的指示。炉渣中的单质碳以及大部分的可萃取有机碳，是由炉排上有机材料的热分解形成的。不可萃取有机碳部分可归因于生活垃圾中的有机材料，它们未被化学破坏就转移到了炉渣中。这些材料没有达到热分解必需的临界炉排温度。因此它们提供了炉床上局部发生的较低温度范围（300～600℃）的指示。锅炉灰和空气污染控制残渣的情况下，导致有机碳高含量的最重要的过程，是热解有机碳从炉床向燃烧室的旋起。固体残渣中的有机碳构造较多的是纤维素、半纤维素和木质素（如纸张、纸板、木头或棉状物），聚乙烯或聚丙烯等合成聚合物较少。由于增强了对热过程的认识，碳的赋存状态可被用于优化固体残渣的矿化，加强对燃烧作业的控制。

有机碳对路基填埋的生活垃圾焚烧炉渣的短期和长期行为的潜在影响，可分别考虑水可萃取有机碳和不可萃取有机碳的含量预测。有机碳微生物降解产酸远低于炉渣的酸中和能力。不过，这将促成碳化，降低填埋炉渣的p H 值。而且，水可萃取有机碳的某些组分（如某些有机酸）可和某些重金属形成络合，从而将其固定。因此，目前对于有机碳仅局限于炉渣烧失量或热酌减率的认识。这可能无法从根本上认识炉渣中有机物的变异规律，需要按照碳的赋存状态进一步展开研究，实施控制。