垃圾焚烧中氯化物对重金属Cd迁移转化特性的影响

采用管式炉和模拟垃圾对垃圾焚烧中氯化物对重金属Cd迁移转化特性的影响进行了研究,使用ICP-AES(美国EPA消解方法)、SEM、EDS和XRD分析技术对重金属浓度、灰渣表面形貌、成分和灰渣X射线衍射物相等进行了分析.结果表明,氯化物的加入均使得97％以上的Cd分布于飞灰中,且随氯化物含量的增加在飞灰中的分布逐渐增加.有机氯PVC和无机氯NaCl含量的变化对Cd迁移分布的影响没有显著差别.PVC对Cd迁移分布影响受温度影响显著,550℃时Cd在飞灰中分布为80.51%,850℃时Cd在飞灰中的分布上升为97.91%,但在温度超过CdCl₂的熔点568℃后温度的影响较小.NaCl对Cd的迁移分布受温度影响不明显,加入NaCl后550℃时Cd在飞灰中分布为95.02%,1 000℃时在飞灰中的分布为96.58%.氯化物存在下停留时间对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,PVC和NaCl对Cd迁移转化作用机理不同.     

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.     

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.     

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.     

生活垃圾焚烧飞灰的污染特性

对我国两种占主导地位的焚烧炉炉型-炉排炉和流化床产生的焚烧飞灰进行分析,包括16个采用炉排炉的主要生活垃圾焚烧厂和部分使用流化床的生活垃圾焚烧厂,对焚烧飞灰从重金属含量,氯、硫、碱含量,二英含量方面对我国生活垃圾焚烧飞灰的性质做比较全面的归纳和总结。统计结果表明炉排炉焚烧飞灰重金属含量要高于流化床焚烧飞灰,Zn的最高含量在10倍以上,均值也在7倍左右,Cu的最高值为7倍,均值为3倍,Cd,Pb,Cr,Ni的均值为7倍,4倍,4倍和1.5倍。Hg的差别最小,高出30%;炉排炉焚烧飞灰的氯、硫、碱含量全面高于流化床焚烧飞灰,炉排炉焚烧飞灰和流化床焚烧飞灰的平均氯含量分别为15.41%,1.71%,SO3的平均含量分别为10.67%,2.875%,焚烧飞灰的K2O和Na2O含量接近,炉排炉焚烧飞灰的平均含量为6.06%,5.325%,流化床焚烧飞灰的平均含量为2.43%,2.63%,两种类型的焚烧飞灰在碱含量上差别没有氯、硫大;焚烧飞灰的二英含量差别巨大,炉排炉和流化床焚烧飞灰二英含量低值比较接近,而高值炉排炉焚烧飞灰要高出流化床焚烧飞灰很多。     

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.     

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.     

高钙特征焚烧飞灰的加速碳酸化处理及对重金属浸出特性的影响

针对生活垃圾焚烧飞灰的高钙含量特征,在室温下采用CO2对焚烧飞灰在液固比(L∶S)为0.25∶1的条件下进行加速碳酸化处理,考察加速碳酸化处理对焚烧飞灰中重金属(As、Cd、Cu、Zn、Sb、Pb)浸出特性的影响.焚烧飞灰XRD分析表明,加速碳酸化处理后飞灰中的Ca(OH)2和CaClOH衍射峰消失,而CaCO3的衍射峰增多,且强度增加.加速碳酸化处理后飞灰中铅的形态发生了改变,并且能够检测到铜的化合物.TG/DTA分析表明,焚烧飞灰在440℃之前增重达到5.70%,SEM-EDS分析证实了Ca(OH)2(s)+CO2(g)→CaCO3(s)反应的发生.焚烧飞灰加速碳酸化处理后的TCLP浸出实验表明,碳酸化时间在2 h内,重金属的浸出浓度除Cd保持不变外都显著下降;而当碳酸化时间超过50 h后,重金属的浸出浓度除Pb外普遍高于飞灰未经碳酸化处理时的浸出浓度.     

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.     

添加剂和水洗对焚烧飞灰烧结过程中重金属迁移特性的影响

研究了添加剂（粘土和粉煤灰）、水洗预处理对焚烧飞灰烧结过程重金属（Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）迁移特性的影响.水洗时间为8、 16、 24 h.烧结实验条件为成型压力3 kN,烧结温度1 100℃,烧结时间4 h.结果表明,在飞灰中粘土添加比例增加到70%时,重金属Cd的固化率从16.96%升高到28.42%,Pb的固化率从10.58%升高到37.02%, Cu的固化率从46.38%上升到55.14%,Zn的固化率从42.14%上升到64.47%,Ni和Cr的固化率总体上呈现下降的趋势.总体上添加粘土对焚烧飞灰烧结过程中重金属的固定效果有限.当粉煤灰在烧结前样品中的比例增加时,Cd的固化率从16.96%下降到4.67%,Cu的固化率从46.86%上升到81.43%.粉煤灰的加入对于Zn和Pb的影响不大,对于Ni和Cr的影响规律也不明显.水洗预处理可以把Cd、Cu和Pb的固化率提高到80%以上.焚烧飞灰烧结体TCLP浸出测试表明,添加粘土和粉煤灰以及水洗预处理后,焚烧飞灰烧结试体的重金属浸出浓度普遍较低.     

超低排放燃煤电站三氧化硫的迁移和排放特征

采用美国环保署(USEPA)method 8推荐的方法,对典型超低排放燃煤电站满负荷工况下的燃煤、烟气、飞灰、渣进行三氧化硫监测.实验结果表明:燃煤电站超低排放环保设备对三氧化硫的总脱除率为71.86%,大气三氧化硫排放浓度为1.5 mg·m~(-3)(气体体积为标准大气压下的体积,下同).选择性脱硝催化剂(SCR)前烟气中三氧化硫生成量为二氧化硫的0.46%,在SCR催化剂SO_2/SO_3的转化率为0.58%,空气预热器内气态三氧化硫浓度显著降低.低温电除尘(LLT-ESP)内三氧化硫与飞灰结合得到脱除,LLT-ESP细灰中三氧化硫含量为粗灰的1.38倍.湿法脱硫系统(WFGD)对三氧化硫的脱除率为48.45%.超低排放燃煤电站大气三氧化硫排放因子EF_煤、EF_电分别为17.13 mg·kg~(-1)、4.41 mg·kW~(-1)·h~(-1).估算2018年我国燃煤电站三氧化硫大气排放总量约为3.99万t·a~(-1).     

Investigation of heavy metal partitioning influenced by flue gas moisture and chlorine content during waste incineration

The impact of moisture on the partitioning of the heavy metals including Pb,Zn,Cu and Cd in municipal solid waste (MSW) was studied in a laboratory tubular furnace.A thermodynamic investigation using CHEMKIN software was performed to compare the experimental results.Simulated waste,representative of typical MSW with and without chlorine compounds,was burned at the background temperature of 700 and 950°C,respectively.In the absence of chlorine,the moisture content has no evident effect on the volatility of Pb,Zn and Cu at either 700 or 950°C,however,as flue gas moisture increasing the Cd distribution in the bottom ash increased at 700°C and reduced at 950°C,respectively.In the presence of chlorine,the flue gas moisture reduced the volatility of Pb,Zn and Cu due to the transformation of the more volatile metal chlorides into less volatile metal oxides,and the reduction became significant as chlorine content increase.For Cd,the chlorine promotes its volatility through the formation of more volatile CdCl 2.As a result,the increased moisture content increases the Pb,Zn,Cu and Cd concentrations in the bottom ash,which limits the utilization of the bottom ash as a construction material.Therefore,in order to accumulate heavy metals into the fly ash,MSW should be dried before incineration.     

沥青固化城市生活垃圾焚烧飞灰的实验研究

对利用沥青固化城市生活垃圾焚烧飞灰的处理效果进行了实验研究.探讨了沥青与飞灰以不同比例混合对飞灰重金属Pb,Cr,Cd,Ni,Cu,Zn固化效果的影响.并对沥青与飞灰的质量比(mAS mFA,其中AS代表沥青,FA代表飞灰)为0 2时作了进一步的研究,在此基础上加入不同比例的添加剂S和NaOH.结果表明,在沥青与飞灰的混合物中再加适当比例的添加剂,对飞灰的固化效果大大提高.     

Low SO2 emission from CFB co-firing MSW and bituminous

Influence of co-firing rate on SO2 emission from co-firing municipal solid waste(MSW) and bituminous containing high amount of sulfur(1.79%) was studied in a 0.15 MWt circulating fluidized bed (CFB). The temperature selected is 1123 K, typical for MSW incineration using CFB. The particle concentration in the dilution zone of the furnace, the alkali metal concentration and sulfate concentration in the recirculating ash and fly ash, and flue gas composition were determined. The results showed that the addition of MSW leads to a significant decrease in SO2 emission. Concentration of SO2 in flue gas decreased to 0 with the co-firing rate greater than 51%. This reduction in SO2 emission is attributed both to the high particle concentration in the dilution zone of the furnace, the high content of alkali metals in the bed material, and to the comparatively high concentration of HCI in flue gas during co-firing of MSW and bituminous.     

小型燃煤机组烟气重金属排放特征研究

100 MW以下燃煤机组呈单台容量小、总台数大的特点,是燃煤重金属污染的主要排放源之一.选择7台12 MW燃煤机组,采用美国环境保护局Method 29法现场检测燃煤机组烟气重金属排放浓度,分析烟气中Hg、Pb、Cr、As的排放特征;采集机组产生的飞灰和底灰,分析除尘技术对重金属的富集特性.结果表明:100 MW以下燃煤机组烟气中重金属经脱硝除尘脱硫装置协同控制后,ρ（Hg）为0.20~0.44 μg/m3,烟气Hg以气态形式存在,其占比为100.0%;ρ（Pb）为0.5~2.6 μg/m3,烟气Pb主要以气态形式存在,其占比为38.7%~92.1%;ρ（As）为0.6~3.0 μg/m3,烟气As主要以气态形式存在,其占比为67.8%~100.0%;ρ（Cr）为3.6~23.9 μg/m3,烟气Cr主要以颗粒态形式存在,其占比为65.8%~99.2%.飞灰富集Hg、Pb、Cr、As的能力大于底灰.重金属主要富集于飞灰中的细颗粒物中,采取除尘技术可有效协同控制烟气中的Hg、Pb、Cr、As;飞灰中重金属元素Hg、Pb相对富集系数均与煤中硫含量呈负相关,半干法脱硫+袋式除尘技术对飞灰富集Hg有促进作用.小型燃煤机组烟气重金属Hg、Pb、Cr、As的排放因子分别为0.002 2~0.005 1、5~17、42~160、7~24 mg/t.研究显示,100 MW以下燃煤机组与100 MW及以上燃煤机组烟气重金属Hg、Pb、Cr、As排放特征不同,100 MW以下燃煤机组烟气Hg排放浓度较小,二者烟气Pb、Cr、As排放浓度相近,选用湿式电除尘技术可进一步降低烟气Hg、Pb、Cr、As的排放浓度.      

Abatement of SO2–NOx binary gas mixtures using a ferruginous active absorbent: Part I. Synergistic effects and mechanism

A novel ferruginous active absorbent, prepared by fly ash, industrial lime and the additive Fe(VI), was introduced for synchronous abatement of binary mixtures of SO₂–NOx from simulated coal-fired flue gas. The synergistic action of various factors on the absorption of SO₂ and NOx was investigated. The results show that a strong synergistic effect exists between Fe(VI) dose and reaction temperature for the desulfurization. It was observed that in the denitration process, the synergy of Fe(VI) dose and Ca/(S + N) had the most significant impact on the removal of NO, followed by the synergy of Fe(VI) and reaction temperature, and then the synergy of reaction temperature and flue gas humidity. A scanning electron microscope (SEM) and an accessory X-ray energy spectrometer (EDS) were used to observe the surface characteristics of the raw and spent absorbent as well as fly ash. A reaction mechanism was proposed based on chemical analysis of sulfur and nitrogen species concentrations in the spent absorbent. The Gibbs free energy, equilibrium constants and partial pressures of the SO₂–NOx binary system were determined by thermodynamics.     

Abatement of SO2-NOx binary gas mixtures using a ferruginous active absorbent: Part I. Synergistic effects and mechanism

A novel ferruginous active absorbent, prepared by fly ash, industrial lime and the additive Fe(VI), was introduced for synchronous abatement of binary mixtures of SO2–NOx from simulated coal-fired flue gas. The synergistic action of various factors on the absorption of SO2 and NOx was investigated. The results show that a strong synergistic effect exists between Fe(VI) dose and reaction temperature for the desulfurization. It was observed that in the denitration process, the synergy of Fe(VI) dose and Ca/(S + N) had the most significant impact on the removal of NO, followed by the synergy of Fe(VI) and reaction temperature, and then the synergy of reaction temperature and flue gas humidity. A scanning electron microscope(SEM) and an accessory X-ray energy spectrometer(EDS)were used to observe the surface characteristics of the raw and spent absorbent as well as fly ash. A reaction mechanism was proposed based on chemical analysis of sulfur and nitrogen species concentrations in the spent absorbent. The Gibbs free energy, equilibrium constants and partial pressures of the SO2–NOx binary system were determined by thermodynamics.