氯化剂对垃圾焚烧飞灰中重金属挥发特性的影响

以南方某生活垃圾焚烧厂飞灰及其水洗灰为原料进行高温热处理,考察氯化剂(CaCl2、MgCl₂·6H₂O、AlCl₃、NaCl 和FeCl₃·6H₂O)对飞灰和水洗灰中重金属的挥发作用.结果表明,除NaCl 外,其他氯化剂均可促进飞灰和水洗灰中重金属的挥发,对于不同的重金属,其氯化剂的影响效果不同.在原灰中,Zn 的挥发率受氯化剂影响最大,其次是Cd 和Cu,在未添加氯化剂的情况下,飞灰中的Pb 几乎全部挥发.水洗灰中重金属的挥发率受氯化剂影响更明显,其中Zn 和Cu 最为显著,添加氯化剂后,水洗灰中4 种重金属的挥发率最高均达到95%以上.     

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.     

陶粒窑协同处置电镀污泥试验中Zn、Cr的迁移特性

为了合理处置固体废物 , 利用陶粒回转窑进行了协同处置固体废物试验,分析了Zn和Cr的分布规律和固化机理,并对Zn和Cr的环境风险进行评估. 结果表明:在陶粒窑协同处置电镀污泥系统中,89.70%的Zn和89.32%的Cr被固定在陶粒中,10.30%的Zn和10.68%的Cr富集在飞灰中,飞灰中Zn和Cr的含量较高,但飞灰参与陶粒窑系统内循环;热力学平衡计算表明,在陶粒中,Zn主要以ZnCr₂O₄、ZnO、ZnFe₂O₄等形态存在,Cr主要以Cr₂O₃和铬尖晶石等形态存在. 成品陶粒中Zn和Cr的浸出浓度远低于GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性标准》标准限值,说明ZnCr₂O₄、ZnO、Cr₂O₃和铬尖晶石等物质结构稳定,重金属Zn和Cr在陶粒中实现了良好的固化. 研究显示,绝大部分的Zn和Cr被固定在陶粒中,并且陶粒中重金属的浸出浓度低于标准限值,因此利用陶粒窑协同处置高重金属含量的电镀污泥安全可行.      

氯化剂对铁尾矿焙烧过程中重金属挥发的影响

针对铁尾矿中的重金属,采用氯化焙烧方法进行分离.考察了不同氯化剂（CaCl₂、NaCl和AlCl₃·6H₂O）在不同温度下对铁尾矿中重金属（Cr、Ni、Pb、Zn、Cu）挥发率的影响.结果表明：添加AlCl₃·6H₂O作为氯化剂时,由于其在135℃时过早分解,在1000℃时重金属的最高挥发率均在30%以下.添加NaCl可使重金属Pb、Zn、Cu的挥发率达到90%以上,但Cr和Ni的挥发率分别只有16.2%和30.0%.CaCl₂与NaCl、AlCl₃·6H₂O相比具有最好的去除效果,在900℃的焙烧温度下,能够去除大部分的Pb（97.5%）、Zn（99.0%）和Cu（93.3%）,且Ni、Cr在1000℃时最大挥发率分别为31.9%和49.5%.此外,浸出实验表明,焙烧渣中Cr、Ni、Pb、Zn、Cu浸出浓度均低于GB16889-2008相关限值要求.     

CO2去除垃圾焚烧飞灰水洗液中Pb和Zn的工艺条件

为探明CO₂对飞灰水洗液中Pb和Zn的去除效果,研究了CO₂浓度、通入时间、流速以及体系反应温度和重金属离子初始浓度对Pb和Zn在水洗液中沉淀的影响.结果表明:水洗液中Pb和Zn的初始浓度越低,通入CO₂后Pb和Zn的残留率越低;增大CO₂浓度、延长通入时间、增大流速以及降低体系反应温度,均可有效降低Pb和Zn的残留率;CO₂沉淀处理在最佳工艺条件〔CO₂浓度为10%(φ)、通入时间为80 s、流速为2 mL/min以及体系反应温度为40~50 ℃〕下,Pb和Zn的残留率分别降至3%和0.1%以下.      

CaCl2对垃圾焚烧飞灰热处理特性的影响

以华东某城市生活垃圾焚烧厂飞灰为原料,对飞灰中重金属进行了高温热处理研究,主要考察了CaCl₂对重金属蒸发的影响,并对蒸发物化学形态及成分进行了分析.结果表明:CaCl₂能有效促进飞灰中Pb和Cd的蒸发,当温度为1 050℃,CaCl₂的添加比例为15%时,Cd的蒸发率由原灰的43.8%剧增到88.3%,而重金属Cu的蒸发率则随着CaCl₂添加比例的增加有所降低;当CaCl₂的添加比例为10%时,各重金属的蒸发率均随温度的升高而有不同程度的增加;对所收集的蒸发物进行成分及物相分析显示,蒸发物主要以NaCl和KCl为主,重金属Pb以双金属氯化物(KPb₂Cl₅)形式蒸发.      

低温热处理生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的降解机理

生活垃圾焚烧飞灰中二噁英类污染物会对人体健康和环境造成严重的危害,有必要了解固相中二噁英的降解机理从而帮助其降解至环境可接受的水平. 本研究将理论和试验相结合探究低温热处理法降解飞灰中二噁英的机理. 以八氯代二苯并对二噁英（OCDD）作为目标污染物附着在模拟飞灰〔m_CaO∶m_Ca(OH)2=3∶1〕上,利用密度泛函理论（DFT）对固相中OCDD的低温热处理降解机理进行分析,并进行模拟飞灰降解试验. 首先对降解前的模拟飞灰进行热重（TG）分析,然后采用红外光谱（FTIR）和透射电子显微镜（TEM）测试对固体产物进行表征,并对反应气相进行收集和检测从而验证反应机理. 结果表明:①从室温到400 ℃模拟飞灰共有三段失重过程,失重率为9.61%. ②—OH是低温热处理降解OCDD的关键官能团. ③结合FTIR和TEM分析结果可知,当多个—OH取代OCDD上的Cl后会氧化OCDD生成大量CO₃2?,这是OCDD转化的主要路径. OCDD转化的次要路径是在降解过程中会形成小部分C—O—结构,该结构可能与其他降解后的OCDD分子相结合形成大分子有机物. ④结合气相检测可知,Cl转化的主要路径是整个—OH完全取代Cl,取代后的Cl会脱离出反应体系形成Cl₂. 次要路径是仅—OH上的—O—会取代Cl形成C—O—,该结构由于自由基未完全配对而不稳定,Cl和H相结合生成HCl脱离反应体系. CO₂平均含量仅有0.008 5%,说明几乎没有碳酸盐分解或与HCl发生反应. 研究显示,低温热处理降解生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的关键基团为—OH,二噁英的主要物质归趋为碳酸盐,Cl的主要物质归趋为Cl₂.      

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.      

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。     

矿物演化行为对垃圾焚烧飞灰熔融特性的影响

以焚烧飞灰为主要原料,采用灰熔点测试、差示扫描量热法、X射线衍射、扫描电子显微镜等方法,研究了掺加SiO₂(以w计)对焚烧飞灰熔融特性的影响,并利用CASTEP模块模拟计算生成矿物的反应活性. 结果表明,当w(SiO₂)为29.14%时,焚烧飞灰流动温度为1 355 ℃,比原灰降低了近200 ℃,熔融特征温度随w(SiO₂)增加而上升. 将焚烧飞灰熔融并热处理后得到微晶玻璃,其矿物质组成为硅灰石、假硅灰石、钙铝黄长石、钙铁榴石、硬石膏和三型钾霞石等. 分子模拟计算结果表明,假硅灰石、钙铝黄长石和钙铁榴石形成能高,属耐熔矿物,而硅灰石、硬石膏和三型钾霞石等助熔矿物的低共熔会导致灰熔融温度降低. SiO₂/CaO(质量比,下同)<1时,过量的Ca2+易与活性氧发生集聚反应,形成热稳定性好的假硅灰石;SiO₂/CaO接近于1时,生成以硅灰石为主晶相的助熔矿物,硅灰石形成能为-41.67 eV,低于其他矿物,并且晶体氧原子中活性氧比例达到77.78%;当SiO₂/CaO>1时,大量无定形SiO₂及方石英(非活性氧)的存在致使灰熔融温度升高. 硅酸盐矿物熔体中非活性氧(Si—O—Si)和活性氧(Si—O,自由氧)占氧原子比例的变化是焚烧飞灰熔融特性改变的内因.      

碳化对焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力研究

为探究我国不同地区生活垃圾焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力,选取我国8个典型地区的飞灰为研究对象,采用加速碳化试验模拟飞灰长期填埋场景,通过重金属浸出试验探究碳化前后其重金属浸出浓度的变化情况,通过热重分析研究其对CO₂的实际吸收能力,同时基于Steinour方程研究2009—2021年我国飞灰对CO₂的理论吸收能力. 结果表明:通过浸出试验得知加速碳化后飞灰中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别下降了10%~18%和9%~30%,其中上海市和河南省飞灰样品中Zn的浸出浓度已低于生活垃圾填埋场入场要求. 《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)的发布实施导致飞灰中碱性成分占比上升,使得飞灰对CO₂的吸收潜能增至标准发布之前的约1.38倍. 以贵州省、上海市、山东省、北京市、广东省、辽宁省、河南省、天津市8个不同地区的飞灰样品为例,通过Steinour方程推算得到2020年我国飞灰对CO₂的理论吸收量达339.93×104 t,约占2020年我国碳排放总量的0.034%. 对上海市、北京市及河南省3个飞灰样品进行加速碳化试验,通过热重曲线得到飞灰在碳化前后CaCO₃分解段的失重率,进一步推算出2020年我国飞灰对CO₂的实际吸收量达16.34×104 t,占其理论吸收量的4.8%,飞灰对CO₂的实际吸收量小于其理论吸收量的主要原因是,在加速碳化过程中产生的碳酸钙及其他聚合物包裹飞灰,使外部CO₂难以进入飞灰内部. 研究显示,加速碳化对飞灰“减污”效果明显,但“降碳”效果仍需对碳化场景以及预处理过程的工艺参数进行优化,以期最大限度地提高飞灰对CO₂的实际吸收能力.      

硫氨磷基阻滞剂对飞灰特性的影响及对二噁英的阻滞效果

阻滞剂技术由于操作简单、成本低和效率高等优点,被广泛应用于实际生活垃圾焚烧炉,逐渐成为控制二噁英生成的重要技术之一。选取某台典型循环流化床生活垃圾焚烧炉为研究对象,通过高精度给料设备向余热锅炉两侧喷射硫氨磷基阻滞剂,研究阻滞剂对飞灰物化特性影响及其对二噁英的阻滞效果。结果表明:硫氨磷基阻滞剂对飞灰中的PCDD/Fs有很好的阻滞效果,喷射阻滞剂后飞灰中PCDD/Fs毒性当量从2.31 ng I-TEQ/g降至0.23 ng I-TEQ/g,阻滞率达到90.0%;阻滞剂主要通过减少氯源、改变飞灰粒径及表面特性等实现飞灰中二噁英的高效阻滞。此外,阻滞剂对飞灰中部分重金属有一定的固化作用,其中对Pb固化效果最好,达到49.02%。该成果可为后续硫氨磷基阻滞剂的工业化应用提供技术支撑。     

微波场下粉煤灰/电石渣负载Na2O协同脱硫脱硝

以粉煤灰与电石渣的混合物(FC)作为载体,Na₂O为活性组分,采用超声波浸渍法制备了吸附剂Na₂O/FC。通过XRD、BET、SEM分析对吸附剂进行表征,探讨在微波辐射下吸附剂协同脱硫脱硝机制。结果表明:微波下Na₂O负载可显著提高吸附剂的性能;6%Na₂O/FC(其中6%代表活性组分Na₂O在吸附剂中质量分数)的协同脱硫脱硝性能最佳,其脱硫t_90%和t_50%(t_x%为吸附剂的脱硫率或脱硝率达到x%时的反应时间)分别为12,73 min,脱硝t_90%和t_50%分别为4,16 min。机理分析表明:协同脱硫脱硝过程起初以物理吸附为主,反应进行一段时间后以化学吸附为主。微波下吸附剂Na₂O/FC的化学吸附过程为活性氧将SO₂和NO氧化为SO₃和N₂O₅后,SO₃和N₂O₅与金属氧化物反应生成Ca₅(SiO₄)₂SO₄、(Mg_xCa_1-x)(NO₃)₂、CaSO₄等硫酸盐和硝酸盐,同时活性组分Na₂O可直接与吸附态的SO₂与NO结合生成Na₂SO₃和NaNO₃。     

Occurrence and volatility of several trace elements in pulverized coal boiler

The contents of eight trace elements(Mn, Cr, Pb, As, Se, Zn, Cd, Hg) in raw coal, bottom ash and fly ash were measured in a 220 t/h pulverized coal boiler. Factors affecting distribution of trace elements were investigated, including fly ash diameter, furnace temperature, oxygen content and trace elements‘ characters. One coefficient of Meij was also improved to more directly show element enrichment in combustion products. These elements may be classified into three groups according to their distribution: Group 1. Hg, which is very volatile. Group 2: Pb, Zn, Cd, which are partially volatile. Group 3: Mn, which is hardly volatile. Se may be located between groups 1 and 2. Cr has properties of both group ! and 3. In addition, the smaller diameter of fly ash, the more relative enrichment of trace elements (except Mn). The fly ash showed different adsorption mechanisms of trace elements and the volatilization of trace elements rises with furnace temperature. Relative enrichments of trace elements(except Mn and Cr) in fly ash are larger than that in bottom ash. Low oxygen content can not always improve the volatilization of trace elements. Pb is easier to form chloride than Cd during coal combustion. Trace elements should be classified in accordance with factors.     

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.      

脱硝副产物硫酸氢铵在飞灰表面沉积与演化特性

空预器堵塞常来源于脱硝副产物硫酸氢铵（ABS）与飞灰的共沉积,通过模拟空预器内温度场,探究ABS与飞灰共存条件下的沉积与演化特性,以期为空预器堵塞防治提供指导.飞灰对烟气中生成的ABS存在捕集和吸附作用,提高了ABS沉积速率与初始生成温度.在100 μL/L SO₃与50 μL/L NH₃条件下,ABS的初始沉积温度在240~270℃之间.高温段反应篮内无明显的ABS液滴存在,飞灰存在结块现象;低温段反应篮壁面出现少量小液滴,飞灰呈现大颗粒状.ABS沉积将导致飞灰颗粒的积聚和粘附,并在飞灰表面转化为分解温度较高的各种硫酸盐类物质.与低温段硫酸滴在飞灰上演化形成的硫酸盐相比,ABS转化形成的硫酸盐具有较低的相对分解温度.