污泥焚烧过程中Pb的迁移行为及吸附脱除

在一维固定燃烧炉上进行了城市污水污泥层燃模拟实验,重点研究了不同焚烧工况条件下重金属Pb的迁移行为和形态转化特征,并利用4种固体吸附剂(CaO、Al2O3、粉煤灰和高岭土)对污泥焚烧过程中Pb的排放进行脱除,同时把结果与热力学模型计算进行了对比. 热力学平衡计算得到污泥焚烧过程中Pb主要以PbO(g)形式挥发,当氯化物存在时,Pb主要以PbCl2(g)形式挥发,并且Cl有促进Pb挥发的趋势;当硫化物存在时,Pb主要以PbSO4(s)形式存在,阻滞了Pb的挥发;固体吸附剂Al2O3、SiO2、CaO的加入有稳定的(PbO)(Al2O3)(s)、PbSiO3(s)和CaPbO4(s)化合物生成,延缓了PbO(g)生成温度,并且Al2O3对Pb脱除效果优于SiO2和CaO. 焚烧实验得到,随着焚烧温度的升高,焚烧底渣中Pb的残留量有减小趋势,并且底渣中Pb的易还原态比例逐渐增加,残渣态比例有下降趋势;焚烧时间的延长,对焚烧过程中Pb的挥发影响不大,但底渣中Pb的残渣态比例有所减小.焚烧过程中水分的增加导致Pb的氯化态向氧化态转变,阻滞了Pb的氯化物挥发,而空气过剩系数的增加,导致Pb的残留率下降.污泥焚烧过程中固体吸附剂CaO、Al2O3、粉煤灰和高岭土的加入有利于Pb的残留并固定在焚烧底渣中,从控制Pb挥发角度来看,CaO及Al2O3的效果要优于粉煤灰和高岭土.     

固体添加剂对污泥焚烧过程中重金属迁移行为的影响

利用高温固定管式炉研究了4种固体添加剂(CaO、Al2O3、粉煤灰和高岭土)对污泥焚烧过程中6种重金属(Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Zn)在底渣中的迁移行为与固化残留特征的影响.结果表明,污泥焚烧过程中4种固体添加剂(CaO、Al2O3、粉煤灰和高岭土)的加入有利于重金属固定并且残留在焚烧底渣中,并且随着固体添加剂添加比例的增多,重金属的残留率也逐渐增加.焚烧温度对固体添加剂吸附重金属的效果有很大影响,其中重金属自身熔点、沸点及重金属在污泥中的赋存形态是决定其挥发性的一个重要因素.不同固体添加剂对不同重金属迁移的抑制效果有很大差异,从控制重金属挥发角度来看,固体添加剂高岭土和CaO要优于其他固体添加剂.固体添加剂活性中心与重金属化合物分子的相互作用取决于这些活性位的分布及重金属的化学性质.     

深度脱水污泥焚烧过程中调理剂的热转化行为及其对重金属挥发的影响

采用化学热力学平衡分析方法,应用污泥实测数据模拟计算了深度脱水后污泥焚烧过程中调理剂的热转化过程及逸出产物,并预测了含Cl调理剂与CaO耦合作用对重金属迁移转化及排放的影响.研究结果表明,污泥添加单一调理剂Al_2(SO_4)_3、Fe_2(SO_4)_3、FeSO_4、AlCl_3及FeCl_3后,Fe和Al在高温下主要以Al_2O_3(s)和Fe_2O_3(s)存在,主要气态产物是HCl和SO_2.调理剂CaO和FeCl_3共存且含量增加时,焚烧过程中HCl(g)逸出过程变慢,并且Fe_2O_3(s)易于和CaO(s)作用导致Fe_2O_3(s)存在温度区间变窄.污泥未添加调理剂焚烧过程中,重金属Cd、Pb、Cr、Tl、Hg、As易于以Cd(OH)_2(g)、PbO(g)、CrO_2(OH)_2(g)、AsO(g)、Hg(g)、Tl(g)形式挥发,而Cu、Zn、Ni以其氧化物形式存在而难挥发.调理剂FeCl_3及CaO添加到污泥后,重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Hg、Tl)的分布受FeCl3的影响大于CaO,导致其形成重金属氯化物而挥发,而Cr和As与CaO作用生成CaCr_2O_4(s)、Ca_3(AsO_4)_2(s)热稳定化学物,抑制了Cr、As的挥发.当脱水污泥与含硫化物掺烧时,重金属(Pb、Cu、Zn、Ni)挥发受到Cl的影响大于S,在低温区间其主要以硫酸盐为主,在中高温区间以氯化物存在,而Hg和Tl不受硫化物影响.     

污泥焚烧过程中氯化物对Cd迁移行为的影响

采用固定层燃炉及向污泥中添加Cd方式,分别研究了污泥焚烧过程中有机氯(PVC)与无机氯(NaCl)对Cd迁移转化行为的影响,同时考察了不同焚烧条件下Cd的迁移及分布规律.结果表明,污泥焚烧过程中不同氯化物的加入均增强了Cd向飞灰或者烟气中迁移,但随着氯化物加入量的增加,Cd挥发增加的趋势并不明显.随温度的升高,有机氯(PVC)与无机氯(NaCl)均使得Cd在底渣中的分布减少,而焚烧时间及初始浓度对Cd迁移分布没有显著影响.底渣和飞灰的SEM-EDS和XRD分析表明,污泥焚烧过程中NaCl的加入导致Cd易与氯化物形成CdCl2、Na2CdCl4、K2CdCl6、K2CdSiO4和NaCdO2,而PVC的加入,除了与Cd形成Na2CdCl4和CdCl2外,还生成了K4CdCl6和K6CdO4氯化物,可见有机氯(PVC)与无机氯(NaCl)对Cd迁移转化影响主要与Cd的生成物种类及形态有关.     

污泥掺烧过程中Cl/S/P/矿物质的热交互作用对Cd迁移转化行为的影响

采用化学热力学平衡分析方法,应用污泥实测数据模拟计算了污泥掺烧过程中Cl/S/P与矿物质的交互作用,重点模拟研究了Cl/S/P/矿物质交互体系对Cd迁移转化的影响.研究结果表明,污泥掺烧过程含Cl、S及P逸出气体以HCl(g)、SO_2(g)及(P_2O_5)_2(g)形式排放.污泥掺烧含有CaO-SiO_2-Al_2O_3体系中,CaO可以抑制S以SO_2(g)释放,而SiO_2及Al_2O_3对SO_2(g)逸出有促进作用,同时CaO及Al_2O_3可以抑制P的挥发.污泥掺烧过程中SiO_2及Al_2O_3对Cd挥发都有一定抑制作用,但CaO及Fe_2O_3对Cd基本无影响;当Cl存在时,Ti O2和SiO_2对Cd吸附作用减弱,并使Al_2O_3吸附剂失效;当S存在时,可导致吸附剂对Cd中毒,而P可导致Al_2O_3吸附剂失效;Cl-S-P耦合体系中,单一矿物质对Cd迁移转化影响主要受Cl和S控制.SiO_2+CaO+Al_2O_3共存体系中,Cl的存在可导致固体吸附剂SiO_2和Al_2O_3失效;S、S+Cl、S+P、S+Cl+P的存在受控元素为S,并且可以抑制Cd的挥发;P、Cl+P的存在对Cd影响受控元素为Cl,可促进Cd挥发.     

不同污泥焚烧残渣的重金属稳定性

本文对污泥焚烧残渣中重金属总量、形态分布及浸出毒性进行了试验研究,对比分析了厌氧消化污泥与未消化污泥焚烧残渣中Cd、Pb、Cr、Zn的浸出稳定行为,结果表明:厌氧消化污泥焚烧残渣中重金属Cd、Pb、Cr、Zn的含量明显低于未消化污泥;污泥经焚烧处理后,重金属的存在形态总体上都是从不稳定态向稳定态转移,这一趋势厌氧消化污泥更为明显;在重金属浸出方面,只有未消化污泥在600℃焚烧5 min1、5 min的残渣中Cd的浸出浓度高于标准允许值1 mg/L,其余均低于标准值。     

污泥焚烧细颗粒物中重金属赋存形态的研究

以沈阳市某污水处理厂剩余污泥为原料,采用小型流化床对污泥进行焚烧,利用布袋和荷电低压颗粒物撞击器（ELPI+）对细颗粒物进行收集,研究焚烧温度、污泥粒径、CaO的添加量对重金属赋存特性和细颗粒物微观形貌的影响,利用热力学软件FactSage7.2研究焚烧过程中重金属化学形态的变化.结果表明,随着焚烧温度的升高,残渣态变化最为明显,Cd、Cr、Cu、Pb和Zn 5种重金属的残渣态增幅均在15%以上,其中重金属Cd的变化最为明显,残渣态增幅高达29%.随着污泥粒径的增大,矿物质和焦炭颗粒的破碎程度减小,最终以矿物质和焦炭破碎为来源的一些粒径较大的细颗粒物数量增加.此外,总体上重金属的赋存形态随着粒径的增加向着稳定的趋势发展.在焚烧过程中CaO是可以作为颗粒之间良好的粘合剂,促进细颗粒物之间的成长和团聚.随着CaO的添加,细颗粒物聚并成了一个更大的球状颗粒整体.     

污泥灰渣中重金属煅烧脱除规律研究及安全性评价

污泥目前被认为是磷酸盐矿的二次资源,焚烧处理可实现污泥中磷资源的浓缩富集,但其中重金属毒性问题尚待解决.该文以污泥焚烧灰渣为研究对象,利用马弗炉进行煅烧实验,通过改变反应时间(从10 min到60 min)、温度(从900℃到1200℃)及CaCl2的添加量(以Cl计,从1.5%到8.0%)研究重金属(Pb、Zn和Cu)的去除率及在煅烧灰渣中的赋存形态.结果表明:Pb有较高的去除率,且其去除率均随温度、时间及Cl含量的升高而升高,在1200℃、Cl含量为5.0%的时候有最大值为82.4%;Zn的去除率受温度的影响较大,高温时Zn有较高的去除率,且在1100℃时有最大值为83.9%;Cu的去除率较低,而在温度为1100℃时有最大的去除率为68.2%.就煅烧灰渣中重金属的赋存形态而言,各种工况下Pb在煅烧灰渣中均以残渣态存在;Zn在煅烧灰渣中主要也是以残渣态存在;Cu在煅烧后还存在一定的酸溶态,在900℃、煅烧10min时煅烧灰渣中酸溶态可达29.2%.增加CaCl2的添加量可以促进重金属的去除,同时使煅烧底渣中的重金属更稳定.地累积指数(Igeo)评价结果显示,煅烧底渣中的这3种重金属的污染程度都降低了.     

焚烧飞灰高温过程中重金属的挥发及其氯转化特征

研究了垃圾与污泥掺烧后的焚烧飞灰在900℃、1 000℃高温处置过程中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)随不同停留时间的挥发特性,并研究了添加剂氯化物(CaCl2、MgCl2、NaCl、FeCl3、AlCl3)对重金属转化与挥发特性的影响.结果表明,没有添加氯化剂情况下,污泥焚烧飞灰中不同重金属的挥发特性有较大的差别,其中Pb的挥发率超过80%,而Cu的挥发率<30%,重金属的挥发性大小依次为:Pb>Cd>Zn>Cu.热处置过程中重金属的挥发率受温度的影响较大,而停留时间的延长对重金属挥发促进效果较小,并且易挥发元素Pb和Cd表现尤为明显.飞灰中添加氯化剂后,重金属的挥发性有显著的改变,并且难挥发元素Cu和Zn的挥发性增加较Pb和Cd显著.随着Cl含量的增加,重金属挥发率有增加的趋势,但不同种类的氯化物对重金属氯转化差异较大,其中NaCl对重金属Cd、Zn和Cu挥发特性的促进效果小于其它氯化剂.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.     

垃圾焚烧中吸附剂对Cd、Pb迁移分布的影响

利用管式炉和模拟垃圾,研究了焚烧过程中SiO₂、Al₂O₃、CaO等吸附剂对重金属Cd、Pb迁移分布的影响规律,考察了不同吸附剂添加量、管式炉反应温度和停留时间的影响.结果表明,在各反应温度下,SiO₂、Al₂O₃、CaO均有利于Cd停留在底渣中;对于Pb,SiO₂、Al₂O₃亦使其易于停留在底渣中,而CaO在高温时表现为使Pb更易于向飞灰迁移.上述影响的程度均随着吸附剂添加量的增加而增加.当反应炉温度为850℃时,各吸附剂对于Cd的吸附效果顺序为CaO>Al₂O₃>SiO₂,对Pb的顺序为Al₂O₃>SiO₂>CaO.反应炉温度和停留时间的增加,也都易于使Cd、Pb向飞灰迁移.     

PVC浓度对热处理过程中Pb迁移转化的影响

生活垃圾热处理过程中含氯化合物的存在会使重金属转化为颗粒更小、更易挥发的重金属氯化物,扩大其环境影响.本文采用热分析和管式炉模拟法,研究在不同气氛下城市生活垃圾中典型有机氯化物--聚氯乙烯（PVC）对重金属Pb迁移转化的影响.结果表明,PVC和PbO共存的体系中,PVC在250℃左右热分解产生HCl,并与PbO反应生成PbCl₂（501℃左右开始挥发）而促进Pb迁移进入烟气.当Cl：Pb物质的量比为2,3,5和10时,在空气气氛下PVC浓度的增加对Pb的挥发没有显著影响,而在氮气气氛下,Cl：Pb=3时,Pb挥发率最大,达到88.19%,Cl：Pb=2时,Pb挥发率最小,为68.60%.     

氧化钙对危险废物焚烧飞灰热处理过程中铅释放的抑制

危险废物焚烧飞灰（以下简称“飞灰”）在热处理过程中,挥发性重金属铅（Pb）的释放对环境的潜在风险备受关注.本文研究了飞灰在600~1200 ℃热处理过程中,常见添加剂CaO对飞灰中Pb的浸出及挥发行为的影响.结果表明,当热处理温度超过1000 ℃且CaO含量为38.7%时可有效抑制飞灰中Pb的浸出,促使其转移至稳定的残渣态.而CaO的含量为47.9%时,在飞灰热处理过程中可促使飞灰中Pb转移至Ca₃PbSiO₆矿物相,进而抑制飞灰中Pb的释放,这对精准控制飞灰热处理过程的重金属二次污染具有重要参考价值.     

锅炉协同处置危险废物过程中Pb和Cd的挥发特性

为研究危险废物在锅炉协同处置过程中Pb和Cd的挥发特性,通过共燃烧和消解试验,研究了不同化合物形态下Pb、Cd的挥发率(α)、残留率(r)和表观活化能(E). 结果表明:以硫化物、氯化物、硫酸盐和氧化物存在的Pb、Cd的挥发率与温度(T)和停留时间(t)均呈正相关. 当温度低于950 ℃、停留时间为52 min时,不同化合物形态的Pb、Cd挥发率相差较大,PbCl₂在800 ℃下挥发率接近64%,而PbO仅为17%;温度高于1 250 ℃、停留时间为52 min时,不同化合物形态下的Pb、Cd挥发率均大于95%,接近于完全挥发;1 400 ℃时,不同化合物形态的Pb、Cd在燃烧残渣中的残留率均低于0.3%. 结合化学反应动力学理论,对Pb、Cd在锅炉协同处置过程中的挥发特性进行动力学模拟,得到PbS、PbCl₂、PbSO₄、PbO 中Pb的表观活化能分别为23.64、18.44、65.79、61.35 kJ/mol,CdS、CdCl₂、CdSO₄、CdO中Cd的表观活化能分别为53.22、20.87、42.42、28.75 kJ/mol. 由表观活化能数据可以得出不同形态化合物的Pb、Cd挥发率随温度和停留时间变化的动力学方程α=f(T,t),并可预测锅炉协同处置危险废物过程中Pb和Cd的挥发率,确定适合锅炉协同处置的危险废物类别.      

矿物材料吸附去除污水中磷的试验研究

采用粉煤灰、高岭土、泥渣(取电厂澄清池排泥作脱水干燥处理)作为吸附剂深度处理污水中的磷,对比分析了3种吸附剂的吸附速度、吸附性能及除磷效果。结果表明:粉煤灰和高岭土用时20 min完成对磷的有效吸附,沉降泥渣用时5 min即可实现同等吸附效果;沉降泥渣对污水中磷的吸附能力较好,投加量为0.2 g/L的泥渣对磷的去除率可达98.1%,而投加量为0.2 g/L粉煤灰或高岭土对磷的去除率仅达到77.2%。     

市政污泥热电厂循环流化床协同焚烧技术验证研究

以市政污泥为原料,利用某热电厂循环流化床锅炉进行协同焚烧验证研究.试验表明,循环流化床锅炉热电厂污泥协同焚烧的泥煤质量比可在0～0.3之间根据用户需求调节,炉膛燃烧温度〉850℃,烟气停留时间2.59s,符合《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2001）中850℃烟气停留时间〉2s的要求;脱硫塔烟气进出口NOx、SO2浓度低于锅炉未掺烧污泥前浓度,粉煤灰重金属含量低于《农用粉煤灰中污染物控制标准》（GB8173-87）中粉煤灰农用标准限值（在酸性土壤上：Cd5mg·kg-1,Pb250mg·kg-1）,粉煤灰烧失量满足掺混前Ⅱ级品质要求.因此,循环流化床锅炉污泥协同焚烧可有效解决当地城镇污水厂污泥出路,最终实现污泥妥善、安全处置需求.     

皂角苷和柠檬酸联合去除厌氧消化污泥中重金属的研究

以武汉某污水处理厂未厌氧消化与厌氧消化的污泥(分别为S1和S2)为研究对象,通过振荡淋洗实验,研究了皂角苷(质量分数0.1%~2.0%)和柠檬酸(0~1 mol·L~(-1))联合对2种污泥中Ni、Pb、Zn的去除效果,确定皂角苷和柠檬酸联合淋洗的最佳浓度组合,并采用BCR连续提取法分析淋洗前后3种重金属的形态变化.结果表明,皂角苷和柠檬酸联合对污泥中3种重金属均有较好的去除效果,Ni、Pb、Zn的最高总去除率分别为76.02%、59.93%和15.94%.综合分析,1%的皂角苷与0.4 mol·L~(-1)的柠檬酸联合淋洗的去除效果最好,2种污泥中重金属去除率的大小均为未厌氧消化污泥(S1)厌氧消化污泥(S2).与未厌氧消化污泥相比,厌氧消化污泥Ni的残渣态、Pb的可还原态及Zn的可氧化态含量明显增加,而Ni的可还原态含量减少.联合淋洗后S1、S2中约80%的酸溶态和可还原态的Ni、Zn被去除,Pb的可还原态分别去除67.07%和58.06%;且各重金属残渣态所占比例大幅度增加,其中,Pb的增加最为明显,所占比例超过90%.     

固体吸附剂控制燃煤重金属排放的实验研究

在滴管炉上进行了烟煤添加固体吸附剂的燃烧实验研究了硫酸钙、石灰石、铝土矿3种吸附剂对重金属元素Pb、Cd、Cu、Co、Ni排放的控制,并采用形态逐级提取法,将排放颗粒物中重金属分为吸附态、离子可交换态、碳酸盐结合态、硫酸盐结合态和残渣态从粗粒灰渣及细微粒子中重金属元素含量的分布和细微粒子中残渣态稳定形态含量增加2个方面说明添加吸附剂对煤中重金属的排放具有一定的捕获力.对不同的重金属,由于吸附剂本身物理化学特性的差异,所表现出的吸附能力也各不相同.硫酸钙对Pb、Cd、Cu的排放有控制作用;石灰石对Pb、Cd、Cu、Nj的排放有控制作用;铝土矿对5种重金属元素的排放都有控制作用吸附剂粒径越小,对重金属的吸附效果越好.     

医疗废物焚烧处置过程中关键参数研究

针对我国相关标准和技术规范在医疗废物焚烧处置中的问题,以控制二英、燃烧效果、残渣处置为关键目标,从二英控制机理、工况设计、设备选择和残渣处置等焚烧的关键环节进行深入分析。提出:一燃室、二燃室的最佳温度分别为850～870和1000～1200℃;烟气停留时间大于2s,但可根据实际情况延长;湍流程度的雷诺数大于1×104,当雷诺数大于5×104时,焚烧效率更高;急冷装置在180～550℃时烟气停留时间应小于1 5s,布袋除尘器最佳工作温度为120～150℃;残渣、飞灰和底渣中的w(PCDD DFs)(以TEQ计,下同)应分别小于1 0,0 3和0 5ng g。当底渣中的w(PCDD DFs)高于0 3ng g时,则当作危险废物处理。      

污水污泥堆肥重金属总量及形态变化

采用高温好氧静态强制通风堆肥工艺,研究了污水污泥与锯末、粉煤灰或磷矿粉按不同比例混合堆肥前后重金属(Cu,Pb,Zn,Cd和As)总量的变化,以及重金属在交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态3种不稳定态和包括有机结合态、残渣态的稳定态含量的变化,同时探讨了粉煤灰和磷矿粉在堆肥过程中所起的钝化效果. 结果表明:该试验可以显著降低污泥中交换态Cu,Pb,Zn,Cd和As的含量,提高其他形态的含量,但不能降低重金属总量;对重金属的作物可利用态含量的降低以及其他形态含量升高的效果来看,试验A最好,试验B和D次之,试验C最差. 粉煤灰和磷矿粉都是良好的钝化剂,在起钝化效果时,其用量并不是越多越好;在与污泥、锯末混合堆肥中,应控制粉煤灰和磷矿粉用量在15%左右,但是粉煤灰的钝化效果优于磷矿粉.      

垃圾 RDF 中重金属高温挥发特性

温度对垃圾RDF中Hg、As、Cd的挥发影响很明显,而对Pb、Zn、Cu的影响要小,对Cr、Ni的影响则最小。随着氯含量的增加,焚烧时重金属的挥发均呈增加的趋势,尤其在高氯含量下,对难挥发重金属的影响较明显。垃圾RDF中水分增加时,重金属的挥发出现减小的趋势,但影响的程度都较小,其中Pb、Zn的挥发随水分含量的增加减小略明显,水分变化对Cu的影响较小,而对Hg、Cd、Ni、Cr几乎没有影响。在垃圾RDF中分别加入5%的CaCO3和CaO后,重金属的挥发特性出现减小的趋势,其中,CaCO3对Pb、Cd、Ni的吸附效果较好。因此,可利用CaCO3和CaO作为吸附剂,达到控制烟气中重金属排放目的。