汞砷痕量元素在燃煤副产物脱硫石膏中富集的地球化学特征及其资源化利用的风险

Trace mercury (Hg) and Arsenic (As) emission during coal-fired process at high temperature, has led to regional scale of human health risks in China and abroad. Hg/As were captured by gypsum during the compulsory flue gas desulfurization (FGD) in coal-fired power plants. Based on this situation, the safety recycling and disposal of FGD gypsum are essential to meet the requirement of national environmental manage strategy..Herein, the objective of this project is to investigate the geochemical characteristics of Hg/As in FGD gypsum from coal-fired power plants in typical regions over China， as well as the transport and transformation behaviors of these trace elements in the process of FGD gypsum recycling. The dependence of Hg/As speciations evolution in gypsum on various FGD processes and technologies is inspected via the characteristic analysis of the concentration distribution, regional enrichment and existing speciations of Hg/As. Moreover, the control effect of speciations evolution of Hg/As on its migration and release is revealed during FGD gypsum recycling under various conditions involving room and high temperature, different environmental media and their cooperation. Based on the results above, the exposure conceptual models and preliminary risk management framework will be established for the recycling and disposal of FGD gypsum.

针对我国国家战略推进燃煤电厂刚性脱硫减排触发的脱硫石膏资源化利用或安全处置的环境管理需求，基于燃煤汞砷痕量元素在高温燃烧过程挥发排放造成区域规模性健康风险问题爆发的国内外历史教训，开展我国典型区域脱硫石膏中的汞砷痕量元素富集的地球化学特征及其资源化利用过程中的迁移转化行为问题研究，通过分析汞砷在我国脱硫石膏中的平均浓度分布特征、区域富集特征和赋存化学形态，研究不同脱硫过程和工艺与脱硫石膏汞砷主导化学形态递变的内在联系，重点揭示赋存化学形态递变对于汞砷资源化过程常温、高温和环境介质条件交变等情境下的迁移转化二次释放的控制作用；在此基础上，构建脱硫石膏资源化利用与处置过程的可能暴露场景概念模型，初步建立脱硫石膏资源化风险管理的基本框架。

针对我国国家战略推进燃煤电厂刚性脱硫减排触发的脱硫石膏资源化利用或安全处置的环境管理需求，开展我国典型区域脱硫石膏中的汞砷痕量元素富集、介质中迁移转化以及二次释放风险评估研究。主要结论如下：.脱硫石膏中汞砷的富集存在地区差异性，总汞含量为ND～4330 µg/kg，山西省和中部地区较高；总砷含量为8.81～102.77 mg/kg，西部和北部地区含量较高。汞主要以强络合态存在，约占总汞的9.88%～98.5%；砷主要以残渣态存在，约占总砷的28.79-98.66%。.脱硫石膏汞TCLP浸出量较低，为ND～19 µg/L，SPLP浸出范围为ND～16.02 µg/L；小于毒性浸出标准(0.2 mg/L)。砷的TCLP浸出量为ND～205.20 µg/L，SPLP浸出量为ND～16.02 µg/L，大部分样品未浸出，低于毒性浸出标准（1.5 mg/L）。TCLP和SPLP浸出结果和总量无明显相关性。模拟长期淋滤的MEP实验发现，有9.7%和11.1%的汞和砷会释放进环境。.脱硫石膏常温汞挥发实验结果表明，在最初三天Hg迅速挥发，38天后累计50%的汞被释放，挥发的主要形态主要为有机络合态，此外，光促效果不如水促效果显著；高温实验研究表明，酸溶态对100oC最敏感，当有机络合态含量较高时，150～300oC为汞大量释放温度，此外，含氧率高的环境介质会抑制汞的释放。.脱硫石膏砷挥发研究表明，常温下水分、光照、环境介质在短时间内对挥发没有明显的影响。煅烧后的脱硫石膏中As(III)和As(V)基本随温度升高而减少，且As(III)的降低速率要大于As(V)。.堆存状态风险评估结果表明，当汞浸出浓度低于0.005 mg/L时，汞的非致癌风险值低于1。直接用作土地利用情况下，当浸出液中砷浓度高于0.0014 mg/L时，砷对受体产生致癌风险。60%的样品在自然堆存下对人体不产生健康风险。堆存状态下颗粒逸散风险评估表明，当砷浓度低于20 mg/kg时，受体不存在健康风险。87%的脱硫石膏颗粒扩散不会对人体产生健康风险。高温资源化评估发现，所有样品的汞挥发扩散对受体不存在健康风险，但是几乎所有样品As高温释放会对受体产生非致癌风险，只有当As浓度小于6.55 mg/kg时，风险可忽视。资源化产品应用风险评估发现，当样品汞通量小于731 ng/(m2•d)，受体不存在健康风险。