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电子废弃物中有害物质的溶出研究

2017/03/14 点击量:0

  电子废弃物(E-WASTE)指被淘汰或丢弃的电子产品,包括电视,电脑,空调以及这些产品的一些附属物品如电池,电线等,亦被称为电子垃圾。随着信息科技的高速发展,电子垃圾的增长速度也越来越快。在欧盟发表的一份有关电子废物的报告中指出,电子垃圾每5年便增加16~28%,比总废物量的增长速度快3倍。大量产生的电子废弃物给环境带来了巨大的压力。大部分电子产品含有多种对人体健康和周围环境有害的物质,见表1。
  目前针对电子废弃物的处理措施主要是填埋和焚烧,但是都存在有害物质再次释放的风险。国内外均展开了一系列对电子废弃物中有害物质的溶出释放的研究。对电子废弃物中有害物质溶出行为的了解可以对电子废弃物的妥善处理,制定管理政策提供合理化建议。如自从美国环保署(USEPA)判定铅有可能从电子设备中渗透进入土壤后,美国的加州和麻州已经禁止填埋CRT显示器。
  1.危险废物浸出毒性试验方法
  对于电子废弃物中危险废物的鉴别标准,主要是鉴定其腐蚀性、急性毒性初筛和浸出毒性。尤其是毒性鉴别标准——浸出毒性,应用较为广泛。
  美国EPA从保护地下水的角度出发,制定了TCLP和SPLP方法,用来确定有机物和无机物从液体、固体以及多介质废物中的溶出和移动性。TCLP从原理上模拟了工业固体废物和城市垃圾在填埋条件产生的厌氧环境下,其中危险废物向地下水中渗滤的过程。使用偏酸性的水溶液浸取,浸取剂为冰醋酸溶液,用氢氧化钠调节pH值。因废物的类型不同,而有两种pH值,但最终通过TCLP的标准是一致的。SPLP是模拟在酸性降雨的条件下,危险废物的溶出过程。浸取剂使用的是硫酸和硝酸的混合溶液,按照一定的比例混合,调节pH到一定的值。TCLP和SPLP方法采用的液固比为20:1,以适合模拟管理不善的假设。日本对危险废物溶出特性的判定基准根据废物的最终处置方式,分为产业废物填埋处置判定基准、产业废物海洋投入处置判定基准等,主要保护目标为海洋和填埋场地下水。土地填埋处置的废物检定采用pH为5.8~6.3的微酸性水溶液浸取,海洋投入处置则采用纯水浸取。溶出毒性液固比为10:1。
  我国目前对危险废物浸出毒性鉴别项目不全,主要以无机重金属为主,有机物的浸出毒性鉴别标准只能参考国外的相关标准。实验方法也基本采用日本的水平振荡法,具体操作中设置的参数有所不同,浸取剂采用偏酸性去离子水,液固比为10:1。
  2.重金属的溶出
  由于电子废弃物中含有多种重金属,故具有被划定为有害废弃物的可能,为了更好地控制电子垃圾地排放,了解其环境效应,有必要对电子垃圾进行毒性特征实验。
  影响重金属的溶出因素很多。电子废弃物本身高的异质性和难以粉碎性给浸出实验的代表性带来了困难。不同种类的电子废弃物和同种电子废弃物的不同零件部分都会对浸出实验的结果产生差异。
  EPA标准方法TCLP1311被用于评估固体废弃物进行垃圾填埋的恰当性。此外佛罗里达大学在研究中又提出两种修正了的TCLP方法——修正的小尺度TCLP和大尺度TCLP。修正的TCLP和TCLP的区别在于TCLP进行样品的粉碎,尺寸<0.95cm,而经过修正的TCLP只进行简单的拆卸。经过修正的TCLP被认为更符合现实情况,由于接触表面积的减小,该方法对有害物质溶出的估计也更加保守。Musson等[4]对照RCRA(Resource Conservation and Recovery Act)中毒性特征关于重金属的标准对十三种电子废弃物(CPU,电脑的显示器,笔记本电脑,打印机,彩电,卡带式录放机,手机,键盘,鼠标,遥控,电子玩具,平板显示器,烟雾传感器)进行了溶出实验。溶出方法选择的为TCLP和两种经过修正的TCLP方法。
  实验发现在多种重金属目标物里,只有铅超过了毒性特征的标准。小型的电子废弃物如笔记本电脑,手机等,塑料比例比较高,而铁的含量较低,这类废弃物溶出超过毒性标准的铅含量的频率较高。相比之下,那些较庞大的电子废弃物如电脑的CPU,塑料比例比较低,而铁的含量较高,溶出的铅含量就比较少。研究者解释可能由于铁、锌这类金属的存在改变了体系的氧化还原电位,从而抑制了铅的溶出。这和Vaan等人的实验是一致的。他们以CPU为实验材料,研究了TCLP方法铅溶出的影响因素。讨论的影响因素包括CPU的组成,铁金属的存在,以及顶空大小(即液气比例)。大量铁金属存在时铅的溶出性会降低,当CPU只由印刷线路板和塑料组成时,铅的溶出浓度最高。而顶空大小也是通过改变体系的氧化还原电位来改变铅的溶出行为。当液气的比例比较高,体系的还原性比较强,铅溶出就比较少。这类改变和铁金属存在的效应是相同的。研究者在讨论中指出,笔记本电脑越来越普及,而这类产品的塑料比例较高,铁含量较低,故会带来更大的铅溶出的危害。Vaan等还利用CPU中铅溶出实验进行了标准方法与修正方法的比较,同时,也研究了淋溶时间和容器转速对金属溶出的影响。转速是通过体系的混和程度影响铁和铅的溶出。时间影响溶出行为也是由于存在了一个缓慢的氧化还原过程使得金属形态发生了改变。

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