垃圾焚烧飞灰熔融固化处理过程特性分析

为研究熔融固化过程中飞灰主要成分的迁移转化规律,在有温控的高温实验熔融炉中对垃圾焚烧飞灰进行了动态熔融固化实验研究,对处理后的飞灰进行了XRF、XRD分析检测,分析了飞灰熔融过程中熔融渣的主要成分、物相组成、碱度、挥发率和减容率的变化规律.试验结果表明:①飞灰中主要成分CaO、Al₂O₃和SiO₂的质量分数随着温度的升高而增加,而主要成分Cl元素和SO₃则从原来的20.59%和10.74%分别降低到0.15%和0.22%,可见高含量Cl元素和S元素是引起飞灰熔融固化挥发率高的主要原因,并且可能主要以氯化物和硬石膏的形式分解挥发,XRD的测定结果也进一步证明了这一点.②飞灰熔融前,碱度随温度的升高而显著降低,但当温度达到流动温度后,碱度值随温度的变化很小,基本保持在0.95左右.③飞灰中盐类分解挥发主要发生在1150℃～1260℃之间,在飞灰熔融温度前约100℃的范围内.     

硫化物对垃圾掺烧污泥焚烧飞灰高温过程中重金属挥发的影响

对某垃圾掺烧污泥焚烧厂焚烧飞灰进行了采样,在对飞灰进行热重(TG-DTG)分析基础上,重点研究了飞灰水洗前后及其添加不同硫化物(S、NaS、Na2SO3、Na2SO4)经高温处置过程中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)的挥发特性.结果表明,飞灰中重金属Zn、Pb含量较高,Ni的含量较低,而Cd含量达到29.4 mg·kg-1.飞灰水洗后Pb、Cu、Zn的含量均比原灰中高,而Cd的含量降低.飞灰TG-DTG曲线在579～732℃、949～1 200℃这2个温度范围失重率较大,拐点温度分别为690℃和1 154℃.焚烧飞灰中Pb表现出易挥发的特性,其挥发率超过80%,而Cu挥发性较小,其挥发率<30%.飞灰水洗后,重金属的挥发率有显著的降低,其中重金属的挥发性大小依次为:Zn>Pb>Cd>Cu.飞灰热处置过程中预先加入Na2SO3、Na2SO4后,重金属(Cu、Pb、Zn、Cd)挥发率降低明显,而S的加入只能降低Zn的挥发率;Na2S加入后Cd、Zn挥发率下降.水洗飞灰添加Na2S后可降低4种重金属的挥发率,S及Na2SO3的加入分别降低了Cu和Zn的挥发率;4种硫化物的加入都可降低Cd的挥发率.研究结果为飞灰最大限度无害化处理及资源化回收利用提供理论依据.     

医疗废物焚烧飞灰二噁英的热处理研究

比较了医疗废物焚烧飞灰在温度200～450℃,流动氮气和静态空气气氛中二噁英气固相行为变化.在流动氮气条件下,固相二噁英随温度升高逐渐增加,350℃下飞灰二噁英浓度升至最高,毒性当量浓度和总浓度分别增加了46.0%和26.0%,随后随着温度升高,二噁英含量逐渐降低,450℃条件下浓度减少至最低,分别减少了86.8%和80.5%.在静态空气下,固相二噁英随温度至250℃条件下,飞灰二噁英浓度升至最高,毒性当量浓度和总浓度分别增加了20.7%和28.7%,随着温度进一步升高,二噁英含量逐渐降低,450℃条件下浓度减至最低,分别减少了99.5%和99.5%.气相只有少量二噁英产生,仅占总产生量的0.11%～2.16%.本实验研究飞灰的最佳热处置条件为:静态空气条件下,450℃处置1 h.本研究中,分解反应在PCDDs与PCDFs的降解过程起到主要作用,而脱氯与脱附仅为次要作用.     

飞灰中二英热脱附行为的研究

研究了垃圾焚烧产生的飞灰中二噁英在隔绝空气受热条件下的热脱附行为及规律.通过气相和固体残留中二噁英的含量分析,推测了二噁英在不同温度条件下可能发生的几种化学反应和物理变化,同时研究了17种有毒二噁英的热脱附效率和飞灰的最佳热脱附条件.PCDD/Fs在200℃和300℃下平均脱附率分别为96.2%和95.5%,而400℃下的平均脱附率高达99.7%.结果表明,在300℃加热条件下,飞灰中的PCDD/Fs主要发生脱氯降解反应.在400℃下,飞灰中发生大量的前体合成反应,使PCDD/Fs含量显著增加.     

生活垃圾焚烧飞灰的热性质

利用综合热分析仪对飞灰进行了差热与热重分析,并利用X-射线衍射仪分析了不同温度煅烧后飞灰的矿物成分变化。结果表明:781～956℃温度区间,飞灰的质量下降超过15%;956～1241℃温度区间,质量下降8%左右;温度超过1241℃时,飞灰的质量基本保持不变,出现大量的化合反应,飞灰表现出较好的活性;飞灰的主要矿物成分是SiO2、CaCl2、Ca3Si2O7、Ca2SiO4·0.35H2O、Ca9Si6O21·H2O、K2Al2Si2O8·3.8H2O和AlCl3·4Al(OH)3·4H2O,晶相含量高达59%;高温下飞灰中的盐类首先分解生成金属氧化物,随温度的升高,所产生的金属氧化物再与SiO2反应生成硅酸盐或铝硅酸盐。     

添加剂对垃圾焚烧飞灰熔融特性的影响

研究制备了1种具有多重作用效果的飞灰熔融复合型添加剂,并选用上海和福州2种典型飞灰,利用荧光光谱仪和电感耦合等离子体质谱仪等仪器,分析了添加剂对飞灰熔融过程中的挥发率,流动温度,重金属固定率以及熔融渣的重金属浸出特性的影响.结果表明,添加10%添加剂可以将飞灰的流动温度降低150℃左右,挥发率降低10%～20%,重金属Cu和Pb的固定率提高了10%～20%,对重金属Zn的固定率可提高近40%;同时,采用我国毒性浸出方法和美国EPA的TCLP方法,分析测试熔融渣中重金属浸出量,结果证实几种重金属的浸出浓度均低于相应的标准限值.     

医疗废物焚烧飞灰二英的热处理研究

比较了医疗废物焚烧飞灰在温度200～450℃,流动氮气和静态空气气氛中二(噁)英气固相行为变化.在流动氮气条件下,固相二(噁)英随温度升高逐渐增加,350下飞灰二(噁)英浓度升至最高,毒性当量浓度和总浓度分别增加了46.0%和26.0%,随后随着温度升高,二(噁)英含量逐渐降低,450℃条件下浓度减少至最低,分别减少了86.8%和80.5%.在静态空气下,固相二(噁)英随温度至250℃条件下,飞灰二(噁)英浓度升至最高,毒性当量浓度和总浓度分别增加了20.7%和28.7%,随着温度进一步升高,二(噁)英含量逐渐降低,450℃条件下浓度减至最低,分别减少了99.5%和99.5%.气相只有少量二(噁)英产生,仅占总产生量的0.11%～2.16%.本实验研究飞灰的最佳热处置条件为:静态空气条件下,450℃处置1 h.本研究中,分解反应在PCDDs与PCDFs的降解过程起到主要作用,而脱氯与脱附仅为次要作用.     

飞灰螯合剂中挥发性污染物的释放

采集了4个市售飞灰螯合剂样品，分析其在20，40℃下挥发性污染物的释放规律.结果表明，释放的挥发性污染物主要有甲醛、乙醛、苯、异戊醛/异丙醇、甲硫醇、乙硫醇等；其中3个螯合剂样品甲醛的释放浓度在20℃为748~1325 μg/L-螯合剂，占释放的易挥发污染物的68%~96%（质量比），在40℃为4282~6822 μg/L-螯合剂，占释放的易挥发污染物的87%~95%（质量比）.随着温度升高，释放的挥发性污染物种类变多，部分污染物浓度增加，40℃时，4个螯合剂样品释放的易挥发污染物浓度比20℃时增加了142%~444%.元素分析、拉曼光谱和热重分析结果表明，4个螯合剂的主要有效成分相似，为二硫代氨基甲酸盐类物质.因此，推测这种飞灰螯合剂在稀释和飞灰稳定化过程中，对工作人员的健康可能有潜在的危害风险，应收集释放的气体并进行处理；且在飞灰填埋过程中，可能会导致渗滤液中NH₄⁺-N等物质的浓度升高，增加渗滤液的处理难度.     

城市生活垃圾焚烧飞灰中钾盐浸出研究

通过物理化学表征手段和多因素水浸试验对城市生活垃圾焚烧飞灰的性质和飞灰中钾盐浸出规律进行研究.结果表明,飞灰的主要成分为CaO、KCl和NaCl,平均粒径为12.599μm,水洗后的飞灰颗粒粒径会变大,而比表面积变小.粒径范围0.037~0.075 mm飞灰中的金属元素含量对飞灰金属总量贡献率全部在60%左右.浸出过程中,在pH=12的条件下,搅拌强度为400 r·min~(-1),浸出温度为90℃,采用液固质量比为5∶1能使氯化钾的浸出率达到90%以上.浸出液中含有大量的可溶性氯化钾表明飞灰中的钾盐可以通过水洗、过滤、纯化、分布结晶的方式收,氯化钾晶体纯度可达到90%.     

基于炉渣图像处理的生活垃圾焚烧效果快速评测方法

以生活垃圾可燃组分焚烧炉渣为研究对象,基于图像处理技术设计了一种简单快捷的炉渣质量快速评价比色方法 .为验证该方法的可行性,以4种生活垃圾可燃组分（纸类、橡塑、织物、混合组分）制备焚烧炉渣并获取图像信息同时测定热灼减率.结果表明,不同条件下炉渣颜色与热灼减率差异显著,且除橡塑组分外,其余组分炉渣颜色与热灼减率存在显著相关性.选取混合组分炉渣热灼减率与颜色信息分析划分了6个颜色质量等级并生成色卡.该方法将炉渣外貌特征与焚烧炉焚烧效果建立关联,可为垃圾焚烧现场快速评价提供参考.     

二次飞灰理化特性及其Pb和Cu赋存形态

利用高温管式电炉，分别收集了1000，1150和1250℃条件下的二次飞灰，并利用XRF、EDX、XRD等手段对二次飞灰的理化特性及其重金属Pb和Cu的赋存形态进行了分析.结果表明：二次飞灰主要由重金属氯化物组成，重金属Pb和Cu的质量百分比分别为8.92%~10.11%和3.74%~5.73%；二次飞灰微观形貌分为不规则形状聚合体和多孔团絮集合体2种；二次飞灰极易吸潮，干燥的二次飞灰呈棕黄色，吸潮后逐渐变为黄色，最后变为糊状的蓝色浆体.     

稳定化飞灰填埋场渗滤液产量预测

以南方某稳定化飞灰填埋场为研究对象,通过钻孔获取了新鲜、1、3、6和11个月等5个龄期的试样,并在实验室开展了颗粒分析、含水量、持水量等测试.不均匀系数Cu > 5,曲率系数Cc<1,属于级配不良土,容易形成优势流通道.含水量介于18.6%~46.4%之间,随埋深的增大而减小,随龄期的增长而增大.持水量介于15.0%~52.4%之间,随上覆应力的增大而减小,随龄期的增长而增大,由此建立了持水量计算模型.对于相同龄期和埋深的稳定化飞灰,其含水量要低于持水量2.6%~13.7%,这表明稳定化飞灰整体上未达到持水量状态,由此推测底部导排层收集到的渗滤液主要由雨水入渗后经过稳定化飞灰体内优势通道而进入导排层.在此基础上,建立了考虑填埋进程、降雨入渗量、优势流通道、稳定化飞灰产/吸水量等因素的填埋场渗滤液产量预测模型,并利用现场记录数据对模型进行了参数率定.模型分析结果表明,填埋场开始运营后的9个月内,渗滤液主要来源于降雨入渗量和运输车辆冲洗水量,分别占比约48%和52%.当稳定化飞灰体内优势流通道占总孔隙的比例从0%增至20%,导排层收集到的渗滤液量占渗滤液总收集量的比例从0增至34.1%.因此,建议对稳定化飞灰进行充分压实后再填埋,以减少优势流现象的发生,同时改用节水型车辆冲洗装置,最终降低渗滤液总产量.上述研究成果能够为我国类似稳定化飞灰填埋场中导排系统、调节池等的设计提供重要参考.     

Removal of elemental mercury by iodine-modified rice husk ash sorbents

Iodine-modified calcium-based rice husk ash sorbents(I2/CaO/RHA) were synthesized and characterized by X-ray diffraction,X-ray fluorescence,and N2 isotherm adsorption/desorption.Adsorption experiments of vapor-phase elemental mercury(Hg0) were performed in a laboratory-scale fixed-bed reactor.I2/CaO/RHA performances on Hg0 adsorption were compared with those of modified Ca-based fly ash sorbents(I2/CaO/FA) and modified fly ash sorbents(I2/FA) .Effects of oxidant loading,supports,pore size distribution,iodine impregnation modes,and temperature were investigated as well to understand the mechanism in capturing Hg0.The modified sorbents exhibited reasonable effciency for Hg0 removal under simulated flue gas.The surface area,pore size distribution,and iodine impregnation modes of the sorbents did not produce a strong effect on Hg0 capture effciency,while fair correlation was observed between Hg0 uptake capacity and iodine concentration.Therefore,the content of I2 impregnated on the sorbents was identified as the most important factor influencing the capacity of these sorbents for Hg0 uptake.Increasing temperature in the range of 80-140°C caused a rise in Hg0 removal.A reaction mechanism that may explain the experimental results was presumed based on the characterizations and adsorption study.     

垃圾焚烧炉飞灰的低温玻璃固化初步研究

在研究我国城市生活垃圾焚烧炉飞灰的毒性特征和高温灼烧特性的基础上，试验了几种常用玻璃熔制助溶剂、烟气净化产物中的成分对飞灰的溶融温度和熔融减量的影响，以实现低温玻璃固化。实验发现受热温度越高、时间越长，飞灰减量越大；B2O3、硼砂、CaF2对飞灰助溶效果明显，而废玻璃、CaO、CaCl2能使悄灰溶融后形成的玻璃态物质地均匀、少孔。按一定比例同时加入硼砂、CaF2、废玻璃、CaO、CaCl2于飞灰中，混合物的熔融温度降到1000℃以下，大大低于飞灰自身的熔融温度（1200℃）。对该熔融物在空气中淬火形成的玻璃态物质按标准方法浸沥，选择测量了浸出液中铅、汞、镉、砷的浓度，初步发现低温玻璃态物质对重金属铅和镉具有较好的固化效果，而对汞有砷的固化效果尚不确定。     

不同活化条件下粉煤灰中锂的酸碱溶出特性

粉煤灰提取氧化铝作为其资源高值利用的重要途径之一引起广泛关注.由于粉煤灰中还含有一定丰度Li（锂）元素,在提取氧化铝的同时实现Li的协同提取对于进一步提高粉煤灰的资源利用效益意义重大.为认识粉煤灰中Li的溶出特性,分别考察了原粉煤灰、CaO煅烧活化粉煤灰和Na₂CO₃煅烧活化粉煤灰中Li在酸性溶液和碱性溶液中的溶出特性,并采用XRD（X-射线衍射）分析了粉煤灰浸取前后的物相变化,结合Li溶出率的变化,阐释了Li在不同浸出条件下溶出率差异的原因.结果表明:在相同浸出温度（100℃）下粉煤灰直接在酸性溶液和碱性溶液中的溶出率相对较低,分别仅为28%和36%;而经CaO和Na₂CO₃活化后粉煤灰中Li的溶出率显著提高,活化后粉煤灰中Li在酸性溶液中的溶出率可达到98%和86%,均高于碱性溶液中Li的溶出率（86%和67%）.XRD的分析结果进一步表明,部分Li可能赋存于非晶相或晶相表面,这部分Li易于被酸或碱直接浸出;部分Li可能镶嵌在莫来石、石英等晶相内部,不易被溶出,经CaO和Na₂CO₃助剂活化后,部分Li又重新嵌入到钙黄长石、霞石等新生成物相的晶格中,而这些物相更易于与酸反应,因而酸性溶液中Li的溶出率普遍高于碱性溶液中的结果.      

改性生物质电厂灰钝化修复南方镉污染土壤及其长效性研究

选取我国南方生物质发电厂的灰渣为原料,经物理和化学改性制成重金属钝化剂,针对我国南方重金属Cd污染的土壤开展钝化修复研究.底灰中Cd等重金属含量明显低于其对应的飞灰,这是选择底灰作原料的重要原因.用其制备的BFA型钝化剂在水中对Cd的吸附量可达16mg/g以上.室内盆栽试验中,添加土壤干重1%的钝化剂,第一季稻米Cd含量降低80%以上,从超标2.8倍降至达标;第二季小麦籽粒Cd降低70%,从超标0.9倍降至达标.在我国南方Cd重度污染的农田中开展的原位修复试验表明,添加1%的钝化剂,稻米和小麦籽粒中Cd降低70%~90%,其中稻米Cd持续降低,2017年降低率相较2016年继续提升10%~20%,最终从超标20倍降至达标;Ni降低60%以上,且保留有益的Cu、Zn元素不受明显影响;此BFA型钝化剂还能促进作物生长,第一季稻米产量提高40%~60%,第二季仍有一定的增长效果.综合安全性考虑,我国南方生物质电厂的灰渣重金属含量很低,经过改性加工可制成安全高效的重金属钝化剂.可为钝化修复我国南方重金属污染农田提供一种经济有效的方法,也为现阶段难以处置的灰渣提供一个重要的利用途径.     

生活垃圾焚烧飞灰生物脱氯机制研究

垃圾焚烧飞灰中的高氯含量是限制其在水泥工业中资源化利用的重要因素,如何实现垃圾焚烧飞灰的有效脱氯是飞灰应用于水泥工业亟需解决的关键技术问题.在对我国7个典型垃圾焚烧厂飞灰组成及特征分析的基础上,开发了飞灰与污泥共处置脱氯工艺,结果表明,我国典型生活垃圾焚烧厂飞灰氯含量达4.6%~12.7%;不同地区焚烧飞灰中氯含量差异性比较明显,主要原因是不同地区垃圾组成不同,其中工业垃圾是飞灰中不可溶氯的主要来源之一;对比水洗前后飞灰同步辐射X射线衍射分析结果,飞灰中可溶氯主要以KCl、NaCl、CaClOH形态存在,不可溶氯主要以AlOCl形态存在;飞灰与污泥按质量比8:2混合,并共处置150d后,飞灰氯含量由14%降低至0.03%,满足我国《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)标准所规定的水泥氯含量不高于0.06%的要求;飞灰与污泥共处置发酵产酸使得混合体系pH值降低,促进飞灰中不可溶氯盐向可溶性氯盐转化是飞灰生物脱氯的主要机制.     

烧结条件对垃圾焚烧飞灰中重金属固定率的影响

研究了烧结试验条件的变化对焚烧飞灰中重金属分布的影响规律,并进一步探讨了焚烧飞灰烧结过程中重金属的固定途径和固定效应。结果表明:烧结温度的升高会导致重金属挥发率的升高,Pb的挥发率从1 050℃的97.1%升高到1 180℃的99.7%;而Zn的挥发率从1 050℃的35.5%升高至55.2%。通过降低焚烧飞灰中氯盐含量,能够降低Zn与Pb的挥发速率。对原飞灰和水洗灰,延长烧结时间会造成Zn与Pb的挥发率升高而固定率下降。磷酸灰的变化情况与原飞灰及水洗灰不同,Zn与Pb的固定率随烧结时间的延长出现了小幅度的增加。     

低温冰冻预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气性能的影响

以水稻秸秆为厌氧发酵原料,在中温（37 ℃）湿式批次发酵条件下,考察了低温冰冻预处理在不同温度（-5,-18,-40,-60 ℃）和不同时间（12,24,36 h）下对水稻秸秆厌氧发酵产气性能影响。实验结果表明:低温冰冻预处理均显著增加了秸秆溶出物COD含量,其中D3处理与对照相比增加了7.65倍。低温冰冻预处理显著降低了木质素含量,降低幅度为16.36%~59.88%。在预处理冰冻温度为-5,-18,-40 ℃下,水稻秸秆厌氧发酵TS产气率和甲烷含量随着预处理时间增加而提高。其中,-60 ℃,24 h处理的厌氧发酵TS产气率与-60 ℃,36 h处理的甲烷含量最高,相较于对照组分别提高了96.46%和209.30%。