高炉共处置固体废物低温段Pb Cd的吸附/冷凝动力学特征

利用管式回转炉和控温立式炉联用装置模拟炼铁高炉,对Pb、Cd在共处置过程中低温段的吸附/冷凝特性进行了研究,通过建立吸附/冷凝动力学模型,分析共处置过程中Pb、Cd在非热力学平衡状态下的迁移转化规律.结果表明:高炉共处置固体废物低温段对Pb、Cd的吸附/冷凝作用以冷凝为主.进入控温立式炉的重金属去向分三部分:①冷凝在管壁上,这部分的Pb、Cd分别占Pb、Cd入炉总量的42%～49%、45%～50%;②吸附在炉料上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的23%～26%、23%～25%;③随烟气释放到空气中,这部分Pb、Cd分别占各自入炉总量的25%～35%、25%～32%.Pb、Cd在炼铁炉料上的吸附/冷凝量均随时间的增加而升高,随温度的升高而降低.炼铁炉料对Pb、Cd的吸附/冷凝动力学可采用双常数速率方程拟合,研究得到Pb、Cd的吸附/冷凝表观活化能分别为6.813、5.839 kJ/mol.      

水泥窑协同处置过程低温段铅和镉的吸附/冷凝动力学研究

对铅、镉两种重金属的氯化物(Pb Cl2、Cd Cl2)开展了吸附/冷凝实验研究。利用管式回转炉和控温立式炉联用装置研究了铅、镉在水泥生料上的吸附冷凝特性。结果表明:在水泥窑共处置的低温段水泥生料对重金属铅、镉的吸附冷凝作用主要以冷凝为主。进入吸附冷凝炉的重金属可以分为三部分,第一部分冷凝在管壁上,该部分Pb含量占进炉总铅的60%左右,Cd占进炉总镉的60%;第二部分吸附/冷凝在生料上,该部分Pb含量占总铅比例低于30%,Cd为20%~30%;第三部分随烟气释放到空气中,该部分Pb比例低于20%,Cd占10%左右。水泥生料对Pb、Cd的吸附冷凝量随时间的增加而增加,随温度的升高而降低。水泥生料对Pb、Cd的吸附冷凝特性可用双常数速率方程拟合,拟合效果较好,得到Pb的活化能为5.013 k J/mol,Cd的活化能为5.07 k J/mol。     

水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对重金属的固定效果比较

危险废物水泥窑协同处置与水泥固化,稳定化对废物中重金属的固定机理不同,固定效果因而有所差异.针对含As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等重金属离子的上述2类试样平行开展浸出实验及连续提取实验,以重金属浸出浓度及化学形态为指标,比较分析了水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对废物中不同重金属的固定效果的差异.结果表明,对于As、Pb、Zn等重金属离子,水泥窑高温煅烧及后续水化作用有助于其更稳定化学形态的形成,固定效果优于水泥固化,稳定化,说明含Ag、Pb、Zn的危险废物能够在水泥窑得到有效处置.Cr3 在水泥窑煅烧过程中易被氧化为迁移性和毒性更强的Cr6 ,因而含Cr的废物不适合采用水泥窑协同处置方式.该研究能为不同种类重金属危险废物处置方法的选取提供依据,并为水泥窑协同处置重金属类危险废物的应用和发展提供科学的决策依据.     

水泥窑协同处置过程中重金属挥发流向规律模拟

采用自主研发的静态实验设备和小型水泥回转窑模拟装置,分别模拟静态和动态条件下生料中不同类型重金属在不同温度、反应时间下的挥发特性及流向规律。重金属Pb、Zn、Cd的挥发率均随着温度升高而逐渐升高,同温度下窑煅烧气氛下生料中Pb、Zn、Cd及As的挥发率均低于空气气氛下的挥发率;As挥发率随温度升高先逐渐升高后逐渐减少,重金属氯化物挥发率较高。添加重金属的生料粉在800℃以下的温度煅烧后,物料中主要的晶相为CaCO_3、SiO_2及金属氧化物,CaMg(CO_3)_2的衍射峰主要存在600℃以下。由800℃开始,CaCO_3发生分解,并出现CaO衍射峰;从1 000～1 400℃下,生料粉在重金属作用下逐渐生成较为复杂的化合物。在动态模拟条件下,熟料中As、Cd、Pb及Zn的平均固化率分别为85.48%、83.19%、84.49%、85.20%。绝大部分重金属均存在于熟料中,而挥发到大气中的重金属仅为0.002%～0.2%。     

水泥窑替代燃料中的重金属特性分析

以水泥窑常用的替代燃料——生活垃圾和污泥为研究对象,分别测定了重金属As、Cd、Hg、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni总量,Cd、Cu、Pb、Zn的形态分布及As、Cr的价态,结果表明:脱水污泥中,8种重金属含量由高到低的顺序为:Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>Hg>As>Cd。三种垃圾筛上物中,8种重金属含量由高到低的依次顺序为:Zn>Cr>Cu>Ni>Pb>As>Hg>Cd。市政污泥中,Cd以酸提取态为主,占总量的45%以上;Pb 94%以残渣态存在;Cu以有机结合态为主,占63.16%;Zn以铁锰氧化态为主,占43.5%。三种垃圾筛上物中,Pb几乎没有酸可提取态和铁锰氧化态的存在,重金属Cd没有残渣态存在。原生垃圾中,重金属Zn酸可提取态占18.52%,而堆肥垃圾筛上物和矿化垃圾筛上物中,重金属Zn酸可提取态为1%以下,铁锰氧化态含量为75%左右。垃圾和污泥中,重金属Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)均未检出。     

水泥窑协同处置危险废物过程中铅-镉的挥发动力学研究

为了考察含重金属类危险废物在水泥窑协同处置过程中,铅、镉随时间和温度变化的挥发特性,本研究选择铅、镉两种重金属元素的氯化物和硫化物开展挥发动力学实验.通过热重实验、水泥熟料煅烧及熟料消解实验,得到了重金属挥发率随时间及温度的变化规律.结果表明,两种重金属元素的挥发率在实验温度区间内均随温度的升高、时间的增加而增大;根据等温动力学及阿累尼乌斯方程对Pb、Cd的挥发率随温度和时间变化的规律进行动力学模拟,得到了较好的线性拟合效果,并得出了以氯化物和硫化物形态存在的铅和镉元素在水泥窑协同处置过程中的动力学方程.本实验结果可为预测水泥窑协同处置过程中重金属的挥发量提供支持.     

废物水泥窑共处置产品中重金属释放量研究

通过模拟煅烧实验制取水泥熟料,并采用国标GB/T 17671-1999制取混凝土样品.选用EA NEN7371和EA NEN7375浸出方法,利用基于菲克扩散第二定律的一维扩散模型对废物水泥窑共处置产品（混凝土）中重金属长期累积释放量进行了研究.结果表明,混凝土中重金属的最大释放量低于总量;各种重金属在混凝土中的扩散系数不同,且Cr>As>Ni>Cd; Cr、As、Ni和Cd 30a的累积释放量分别为4.43、 0.46、 1.50和0.02 mg/kg,释放率（累积释放量/最大释放量）分别为27.0%、 18.0%、 3.0%和0.2%;扩散系数是影响重金属累积释放量的重要因素,且两者表现出较好的相关性;Cr和As的扩散系数较大（分别为1.15E-15 m²/s和6.42E-16 m²/s）,应重点控制其进入水泥窑处置过程的总量.     

利用X射线吸收近边结构光谱(XANES)研究水泥窑共处置产品中Ni和Cd的微观组成

在模拟水泥窑中高温煅烧掺有Ni、Cd化学试剂的水泥生料,并由制取的水泥熟料制备水泥净浆片.利用X射线吸收近边结构光谱（XANES）对水泥窑共处置产品中Ni、Cd的微观组成进行了研究.结果表明：Ni在水泥窑煅烧过程中发生了较为彻底的化学变化,形成了Ni-Mg化合物,该化合物可能是以氧化物、氢氧化物或碳酸盐的形式存在;水泥...     

水泥窑共处置产品中重金属的形态

通过模拟煅烧掺入重金属化学试剂的水泥生料,制备水泥熟料,进而制取水泥净浆. 采用修正的Tessier连续提取法,分别研究了水泥熟料和水泥净浆中各重金属的形态. 结果表明:水泥熟料中Ni,As,Cd和Pb几乎不存在可交换态. 其中,Cr和Cd主要以酸性醋酸钠溶液提取态存在,分别为71.0%和95.1%;Ni主要分布在酸性盐酸羟胺溶液提取态(65.6%)中,在残渣态中的分布也较多(20.3%);Pb主要分布在硫化物结合态(72.7%)中,与硫形成某种化合物固溶于水泥矿物相中;As的硫化物结合态和酸性醋酸钠溶液提取态质量分数较高,分别为35.1%和51.8%. 水泥净浆中各重金属的形态分布与水泥熟料基本一致,表明重金属的主要化学形态分布受水化作用影响不大.      

废物水泥窑共处置产品中重金属释放潜能表征研究

通过模拟煅烧试验制取水泥熟料,并采用国标GB/T17671—1999制取混凝土样品.选用酸解法,EA NEN7371和pH静态试验分别测定了混凝土中重金属的全量、有效量和在不同pH系列中的释放量,研究了废物水泥窑共处置产品环境安全性评价中重金属的释放潜能指标.结果表明,全量和有效量存在较大差异,但二者间的相关性因元素种类不同而有较大差别,Ni,Cd的全量和有效量间相关性较好,R2分别为0.989和0.994,而Cr,As和Pb基本不存在线性相关关系;pH静态试验中最大释放量与有效量较为接近,而与全量有较大差异;有效量是废物水泥窑共处置产品使用过程中表征其重金属释放潜能的较优指标.      

甘肃白银东大沟铅锌镉复合污染场地水泥固化稳定化原位修复

以甘肃白银东大沟Pb、Zn、Cd复合污染土壤为研究对象,通过毒性浸出、形态提取、微观分析等手段,研究了水泥对重金属污染场地的固化稳定化效果及适用性.毒性浸出结果表明,水泥对污染土壤中Cd、Zn能够起到较好的固化稳定化作用,在5%的添加量下,水泥对Cd、Zn的修复效率分别达到99.5%~100%、96.6%~98.8%,而Pb的浸出浓度提高了2.6~5.8倍;在8%的添加量下,水泥对Cd、Zn的修复效率分别达到99.6%~100%,94.4%~97.9%,而Pb的浸出浓度提高了1.9~12.5倍.形态分析结果表明,水泥能够使土壤中的酸可提取态Cd、Zn向残渣态转化,可还原态Pb向可氧化态、残渣态转化,稳定性增强.微观特征分析结果表明,Pb~(2+)、Zn2+、Cd2+这3种离子可以参与水泥的水化反应,生成相应的硅酸盐矿物和氢氧化物,进而对其起到固化稳定化作用.综上,水泥在重金属污染场地修复工程中具有良好的优势,但在具体应用过程中需注意场地及环境条件的特殊性.     

不同改良剂对铅镉污染农田水稻重金属积累和产量影响的比较分析

以无机类土壤改良剂材料海泡石(SEP)、有机类土壤改良剂材料生物炭(BC)作为对比,考察新型交联改性甲壳素(CC)对大田环境下土壤重金属的生物有效性、水稻生长、产量以及吸收累积重金属的影响,为土壤改良剂开发提供新的材料选择,并为该材料培肥改土及合理农用提供依据.选取辽宁凌海市某Pb、Cd污染稻田作为试验地块,于2015~2016年进行田间小区试验,分析试验前(2015年3月)和2016年10月水稻收获后土壤的p H值、土壤中Pb、Cd有效态的变化,比较不同处理对水稻生育性状、产量及水稻根系、茎叶、籽粒各部位吸收Pb、Cd的影响.结果表明,添加167~333 kg·hm~(-2)剂量的CC可使土壤p H值提高0.36~0.45个单位,使得土壤中有效Pb、Cd的含量分别显著(P0.05)下降46.39%~64.01%、29.73%~43.24%.添加167~333 kg·hm~(-2)剂量的CC与CK相比可显著降低水稻各部位中的Pb、Cd含量(P0.05),其中根系中分别降低16.09%~38.14%、21.22%~31.38%,茎叶中分别降低了19.17%~46.92%、25.66%~45.34%,籽粒中分别降低了29.47%~58.25%,44.75%~64.02%,添加333 kg·hm~(-2)剂量的CC可使水稻籽粒中的Pb、Cd含量分别降低到(0.204 1±0.011)mg·kg-1和(0.192 2±0.021)mg·kg-1,低于或接近于GB 2762-2005中大米Pb、Cd的限量值(0.20mg·kg-1).施用167~333 kg·hm~(-2)的CC与CK、SEP处理及BC处理相比,亩产分别增加了33.6~47、27.6~44、8.67~34.77 kg.其中CC-2增产效果最明显,亩增产47 kg,增产率为8.59%.CC对Pb、Cd污染土壤重金属修复及降低水稻体内Pb、Cd含量效果不亚于SEP、BC,对重金属Pb、Cd在土壤-水稻系统的迁移与再分配具有较好的阻控作用,且其增产作用明显,具有较好的保障实现水稻安全生产的潜力,具有一定推广应用价值.     

悬浮态水泥生料固硫效率试验研究

在水泥工业领域,水泥生料作为悬浮预热预分解系统脱硫过程中的固硫剂,为了研究固气比、温度、气体流速、SO2浓度以及水泥生料比表面积对悬浮态水泥固硫效率影响规律,采用水泥工厂的生料,利用悬浮电阻炉对水泥生料固硫效率进行试验研究,研究发现固气比和温度对水泥生料固硫效率影响较大。     

伊通河(城区段)沉积物重金属形态分布特征及风险评价

通过对伊通河(长春城区段)7个沉积短岩芯中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等重金属元素含量与赋存形态的分析,研究了重金属污染特征和潜在生态风险.沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量范围分别为0.10～1.18、 23.57～66.35、 11.27～43.95、 10.78～29.82、 15.02～60.81和54.27～175.83 mg·kg~(-1).Cd弱酸可溶态的质量分数为42.1%～51.28%;Cr、Ni和Zn以残渣态为主,质量分数分别为63.54%～79.91%、 35.16%～53.75%和27.55%～57.55%.沉积物垂向污染程度和生态风险评价结果显示,研究区域受到Cd、Cu、Pb及Zn污染,Cd的生态风险最高,Zn和Cu次之,各岩芯中每组元素具有相似的垂向变化规律,其中4～8 cm深度生态风险相对较高.污染来源解析结果显示,伊通河(城区段)沉积物中Cd、Zn和Pb主要来源于工业污染和城市污水排放,Cu可能受自然过程和人类活动的双重影响,Cr、Ni可能较多地来源于自然过程.     

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.