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.     

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.     

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.     

电镀污泥焚烧过程中的热分析以及重金属的迁移规律

选取一种典型的含重金属危险废弃物电镀污泥,研究了电镀污泥的热特性以及不同重金属元素———铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)和锰(Mn)在焚烧产物中的迁移和排放特征.热重分析结果表明,干电镀污泥热重的升温过程中主要有几个失重高峰:100℃,150℃和600℃,其中100℃和150℃主要是电镀污泥中的挥发酚的析出,以及一些有机物质的热解和焚烧,而600℃主要是碳酸盐分解的结果;从能谱分析可知电镀污泥主要由O,S,Al,Ca,Cr,Fe等元素,还有一些次要元素如Mg,Cu,Zn,P,Cl,C组成.升温过程中,非金属元素C和Cl有较为明显的下降,Cr,Fe,Mg在900℃以内变化不大.从迁移规律实验可知,重金属Mn、Pb、Ni和Cu在焚烧过程中随着温度升高含量逐渐降低,其中又以Ni的含量下降最为明显,而Cd则正好相反有明显的富集效应.     

印染污泥固化处理的实验研究

研究了石灰、粉煤灰和污泥焚烧灰对印染污泥的固化效果,考察了不同固化材料对污泥固化块的抗压强度、抗剪强度的影响,并测定了污泥固化块的重金属浸出毒性。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)分析了固化块组成和微观结构,对固化机理进行了初步分析。结果表明,在试验范围内,采用单一固化剂时,石灰对增强污泥力学强度效果最显著,而粉煤灰和焚烧灰的效果不佳;采用复合固化剂时,污泥-石灰-粉煤灰-焚烧系统(质量比为1∶0.08∶0.5∶0.5)对增强污泥力学强度效果最佳。XRD和SEM分析结果显示,掺入固化剂的污泥固化块结构更加密实,并新生成了碳酸钙、水化硅酸钙等固化物质。     

粉煤灰污泥混料改良对重金属在植物体内的迁移及其生物有效性的影响研究

本文通过盆栽试验研究以粉煤灰和污泥混合物为主要添加剂改良石灰岩质退化土壤后对玉米生长发育的影响,并根据重金属富集系数探讨重金属在玉米体内的迁移状况及其生物有效性。试验结果表明：石灰岩质土壤中添加粉煤灰污泥混合物后能显著促进玉米的生长,其养分具有缓慢释放的效果。重金属分析结果显示,不同配比条件下的生长介质中,重金属含量符...     

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.     

污泥特性研究及处置方法探讨

选取城市污泥和几种电镀污泥,研究其成分、组成、热特性以及所含不同重金属——Zn、Cr、Cd、Pb、Hg、Co、Ni、As在焚烧产物中的迁移规律。研究表明:城市污泥成分较接近黏土,热值也较高,可以替代黏土或者燃料入水泥窑;低温时污泥失重比较大,高温时失重趋于平缓;在焚烧灰渣中Zn和Ni属于容易富集的元素;Cr也容易残留在底灰中;Cu、As和Hg不易富集,易生成气态产物挥发到烟气中。最后根据污泥特性提出处置建议。     

垃圾焚烧中硫化合物对重金属Pb迁移分布影响

采用管式炉和模拟垃圾对垃圾焚烧中硫化合物(包括S、Na2S、Na2SO3、Na2SO4)、焚烧温度、重金属初始加入浓度以及焚烧停留时间对Pb迁移分布的影响进行了研究.使用ICP-AES分析技术(美国EPA消解方法)对重金属浓度进行测量.结果表明,垃圾焚烧中4种硫化合物的加入均使得Pb在底渣中的分布比例比未加入硫化合物时的分布比例降低.Pb在底渣中的分布比例随加入S和Na2S含量的增加而减少,相应地在飞灰中的分布随S和Na2S加入量的增加而增加,而Pb的迁移分布比例受Na2SO3和Na2SO4含量变化的影响不显著.温度的升高使得Pb向飞灰中的分布比例逐渐增加,整个试验温度范围内Pb在烟气中的分布均为0.初始浓度的增加也使Pb在底渣中的分布比例逐渐升高,飞灰中的分布比例逐渐下降.停留时间的增加会使得Pb在底渣中的分布比例降低,相应地在飞灰中的分布比例会增加.     

污泥与猪粪作为培养基微生物去除垃圾焚烧飞灰中的重金属

以污泥或猪粪代替常规的无机盐(SM)作为A.ferrooxidans和A.thiooxidans复合菌株的培养基,利用微生物淋滤法去除垃圾焚烧飞灰中的重金属.结果表明,重金属去除率大小顺序为:污泥+菌液>SM+菌液>猪粪+菌液.污泥+菌液的处理中,经过15d的微生物淋滤,Cd、Zn、Cu去除率最高分别达到88.1%、78.7%、69.6%,而猪粪+菌液的处理,3种金属的去除率分别为82.4%、73.5%、60.0%.试验也表明,相同浓度的猪粪DOM对硫杆菌复合菌株的抑制作用远大于污泥DOM.当污泥DOM和猪粪DOM中水溶性有机碳浓度分别高于400mg/L和150mg/L时,就表现出对硫杆菌的不可修复的抑制作用.猪粪DOM中小分子量组分较多是造成这一现象的主要原因.     

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO₂对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.     

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.     

利用城市垃圾焚烧飞灰稳定固化含重金属工业污泥的试验研究

利用城市垃圾焚烧飞灰作为固化剂有效稳定固化含重金属的工业污泥为目的,研究结果显示重金属污泥和城市垃圾焚烧飞灰所构建的固化体系具有很强的重金属束缚能力,增加飞灰的质量分数或者加入一定质量分数的水泥可以增加固化体的抗压强度以满足填埋需求。同时考虑抗压强度、浸出浓度和增容比等各方面的要求,当飞灰的质量分数45%,水泥的质量分数为5%,工业污泥的质量分数为50%是有效稳定固化重金属的最佳配比。对固化体微观结构分析显示:主要的水化产物硫铝酸钙(Aft)、Friedel相、水化硅酸钙(CSH)对稳定固化重金属起到了重要的作用。     

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.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的污染特性

以广西和重庆某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰为研究对象,研究了飞灰中重金属的化学形态、不同粒径下飞灰中重金属含量及浸出毒性。结果表明:广西垃圾焚烧飞灰中含有5种重金属,且都是以残渣态为主要存在形态;重庆垃圾焚烧飞灰中Cr以残渣态为主要存在形态,Zn、Cu和Cd以醋酸可提取态为主要存在形态,具有较大的潜在毒性,毒性较强的Pb只以醋酸可提取态和可还原提取态两种形态存在,危险性非常高,Mn以可还原提取态为主要存在形态。两地飞灰中含量较高的重金属元素都表现出向小颗粒富集趋势。随飞灰颗粒粒径的减小,各重金属浸出量基本呈增加趋势。相比之下,重庆的垃圾焚烧飞灰中Zn、Cu、Pb和Cd的含量和浸出量都高于广西飞灰。广西飞灰中各粒级的飞灰中各元素浸出量均不超标,而重庆飞灰各粒级的飞灰中Zn、Pb和Cd的浸出量严重超标,表明重庆飞灰属于典型危险废物。     

基于污泥掺烧的某生活垃圾焚烧厂烟道气、飞灰及炉渣中的二(口恶)英特征

以我国南方某生活垃圾焚烧厂掺烧10%市政污泥的生活垃圾为研究对象,对前/后口废气、飞灰、炉渣及用于掺烧的污泥中17种二(口恶)英的含量进行了测定,并分析了其指纹分布特征.结合焚烧工况及处理设施,从生成机理角度探讨了二(口恶)英的排放特征、毒性当量浓度主成分特征及主要单体的排放因子线性关系.结果表明：掺烧10%的市政污泥后,废气中二(口恶)英的去除率为99.4%,低于国家排放标准;固体废物中二(口恶)英含量为飞灰 > 炉渣 > 污泥.这说明采用高温焚烧和"活性炭喷射+布袋除尘"装置不会影响掺烧10%污泥的达标排放.指纹分布特征表明,前口废气以1,2,3,4,6,7,8-HpCDF和OCDD为主,后口废气以OCDD和OCDF为主;飞灰、炉渣及污泥中的主要单体为OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、OCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF.主成分分析显示,前口废气和飞灰中的二(口恶)英毒性分布特征相似;炉渣和污泥的毒性分布特征相似;后口废气有自身的特征.这说明在相同工况条件下,经同一设施处理的废物中二(口恶)英排放特征相似.排放因子分析表明,2,3,4,7,8-PeCDF和1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD和1,2,3,7,8,9-HxCDD与总毒性排放因子具有较强的线性关系,且呋喃类（PCDFs）强于二(口恶)英类（PCDDs）.     

Evaluation of zeolites synthesized from fly ash as potential adsorbents for wastewater containing heavy metals

Both pure-form zeolites (zeolites A and X) were synthesized by applying a two-stage method during hydrothermal treatment of fly ash prepared initial gel. The difference of adsorption capacity of both fly ash-synthesized zeolits was assessed under the same adsorption conditions. Copper and zinc were chosen as target heavy metal ions. It was found that adsorption capacity of zeolite A showed much higher value than that of zeolite X. Thus, attention was focused on investigating the removal performance of heavy metal ions in aqueous solution on the synthetic pure-form zeolite A from fly ash, zeolite HS (hydroxyl-solidate) prepared from the residual fly ash (after synthesis of pure-form zeolite A from fly ash) and a commercial grade zeolite A. Batch method was employed to study the influential parameters such as initial pH value, adsorbents dosage and adsorption temperature on the adsorption process. The equilibrium data were well fitted by the Langmuir model and showed the affinity: Cu2+ > Zn2+ (adsorbent FA-ZA). The removal mechanism of metal ions followed adsorption and ion exchange processes. Attempts were also made to recover heavy metal ions and regenerate adsorbents (adsorbent FA-ZA).     

生活垃圾焚烧飞灰处置技术与应用瓶颈

生活垃圾焚烧飞灰富含二噁英、重金属和可溶盐,属于危险废物,需进行无害化处理。但当前垃圾焚烧产业普遍存在“重烟气、轻飞灰”问题,造成飞灰处置技术和能力不足,已成为当前制约垃圾焚烧产业发展的重要瓶颈。综述了飞灰的产生、物化特性以及处置技术。重点介绍了当前普遍采用的3种处理方式以及技术应用难点,包括螯合稳定耦合填埋、水洗脱盐耦合水泥窑协同处置和熔融玻璃化处理等,以期为垃圾焚烧飞灰的无害化处置行业提供技术参考。