水泥窑共处置应用的国际经验

水泥窑共处置在发达国家已有30多年的应用经验,环境效益、经济效益和社会效益明显。在我国,该技术的应用和管理还处于起步阶段。借鉴国际先进经验,推进该技术示范和应用,对于加强我国固废、危废管理及节能减排具有重要意义。     

水泥窑共处置过程中水泥生料对砷的吸附/冷凝特性

针对水泥生料开展了氮吸附与SEM测试分析,研究了水泥生料的比表面积,孔径结构和微观表面积。同时,利用管式回转炉和控温立式炉联用装置研究了砷元素在水泥生料上的吸附冷凝特性。结果表明,水泥生料的比表面积很小,微观表面结构致密无孔,砷元素主要是冷凝在生料表面上。进入吸附冷凝炉的重金属可以分为3部分,第1部分冷凝在管壁上,占80%左右;第2部分吸附/冷凝在生料上,占10%左右;第3部分随烟气释放到空气中,不到10%。水泥生料对砷的吸附冷凝量随时间的增加而增加,随温度的升高而降低。水泥生料对砷的吸附冷凝特性可用双常数速率方程拟合,拟合效果较好,计算得表观活化能在6~7 kJ/mol之间。此外,砷的初始浓度对水泥生料的吸附冷凝特性影响很小。     

烧结机共处置危险废物过程中重金属Pb、Zn的挥发特性

利用化学试剂PbCl2、ZnCl2来模拟危险废物,研究了烧结机共处置危险废物过程中Pb、Zn的挥发特性.首先选取PbCl2、ZnCl2两种化合物的纯化学试剂分别进行了热重分析实验,然后对掺有一定比例PbCl2、ZnCl2的烧结矿原料进行煅烧,采集分析煅烧烟气和煅烧所得烧结矿中Pb和Zn的总量.实验结果表明,在刚开始煅烧的一段时间内,Pb、Zn两种重金属挥发特性相似,均是随着时间的增加以及温度的升高而挥发率逐渐上升,而当煅烧超过一定时间后,其挥发和固化反应会达到平衡,当煅烧的温度为1200℃时,Pb和Zn的挥发率分别为97.13%和65.04%.运用化学反应动力学理论对Pb、Zn两种重金属在烧结机共处置过程中的挥发规律进行动力学模拟,模拟结果表明,PbCl2中Pb挥发的动力学方程可表示为α=f(T,t)=1-exp[-7.90exp(-5595/T)t];而ZnCl2中的Zn为α=f(T,t)=1-exp[-0.534exp(-3210/T)t].     

水泥窑协同处置过程中Pb、Cd的挥发特性

对铅、镉2种重金属的氧化物开展了热重实验、熟料煅烧以及熟料消解实验，以重金属的挥发率为主要指标，研究了水泥窑协同处置过程中铅、镉在等温条件下随时间的挥发特性。结果表明，2种重金属的挥发率均是随温度的升高，时间的增加而增大。Pb的挥发率为96%，Cd的挥发率达到98%，根据等温动力学及阿累尼乌斯方程，对Pb，Cd的挥发率随时间变化的规律进行动力学模拟，得到较好的线性拟合效果，其中，Pb挥发反应的表观活化能E为88.73 kJ/mol，Cd挥发反应可以分2个部分：1 200℃以下的表观活化能E为61 kJ/mol；1 250℃以上的表观活化能E为184.6 kJ/mol。     

含砷废物资源化产品中砷的浸出特性与环境风险分析

分别以我国某地2种含砷废物(污泥和废渣)为研究对象,用EA NEN 7371实验方法分析其不同资源化产品(烧制砖、免烧砖和含砷水泥等)中As的有效量浸出特性,从环境风险的角度探讨了含砷废物资源化利用的可行性. 结果显示:含砷污泥进行烧砖处置后,其产品中As的有效量浸出率从15%左右升至60%～70%;含砷废渣与水泥进行混合粉磨共处置后,含砷水泥产品中As的有效量浸出率从60%～70%降至4%以下;含砷废渣制成免烧砖后,As的有效量浸出率从60%～70%降至10%左右. 表明含砷污泥不宜进行烧砖处置;而含砷废渣可根据含砷量,在控制掺加比例的条件下与水泥熟料共处置生产混合水泥或作为原材料生产免烧砖.      

水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb与Cd的吸附/冷凝特性

为了研究水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性,采用氮吸附仪和SEM(场发射扫描电镜)对水泥生料的基本物理性质(比表面积、孔径和微观表面积)进行研究;同时,利用小型试验装置对重金属Pb、Cd的氧化物(PbO、CdO)展开了吸附/冷凝研究. 结果表明:水泥生料的比表面积(2.49 m2/g)较小,微观表面结构致密无孔,因此,在水泥窑共处置过程中水泥生料对重金属的吸附/冷凝作用以冷凝为主. 进入控温立式炉的重金属可分为三部分:①冷凝在管壁上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的67%～72%、58%～65%;②吸附/冷凝在水泥生料上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的13%～17%、16%～21%;③随烟气释放到空气中,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的10%～18%、14%～26%. 水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性均可用双常数方程拟合,线性拟合的相关系数均在0.95以上. 动力学方程拟合得到水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝活化能,二者分别为5.827、6.050 kJ/mol,由此可预测水泥生料对Pb和Cd的吸附/冷凝量.      

CO2去除垃圾焚烧飞灰水洗液中Cu、Cr的工艺条件

以垃圾焚烧飞灰水洗液中的Cu和Cr为研究对象,采用通入CO_2沉淀处理的方法,通过改变CO_2的浓度、流速、通入时间、反应温度以及重金属离子初始浓度,对水洗液中的Cu和Cr的沉淀效果进行实验研究.结果表明,CO_2能够很好地沉淀水洗液中的Ca~(~(2+)),以及降低p H值; CO_2的浓度越高,Cu和Cr的沉淀效果越好; CO_2沉淀处理Cu和Cr的最佳工艺条件为:CO_2浓度10%、通入时间80 s、流速2 m L·min-1和反应温度40℃,在此工艺条件下,水洗液中Cu和Cr的沉淀率分别达到95%和50%左右.     

纸基复合包装中铝塑分离的湿法工艺条件研究

纸基复合包装中的纸基部分通过水力碎浆分离后可直接用于生产再生纸. 其铝塑部分由1层0.02～0.03 mm厚的铝箔和2层0.03～0.08 mm厚的低密度聚乙烯膜层压复合而成,主要对铝塑的湿法分离进行研究.比较了甲酸、乙酸、盐酸3种剥离剂的分离效果; 用甲酸作为铝塑剥离剂时, 考察了剥离剂的浓度、反应温度、液固比及破碎尺寸对铝塑分离的影响; 根据铝塑分离时间、分离率、铝的损失率等指标,通过正交试验及方差分析优化铝塑分离的工艺条件. 结果表明,甲酸分离铝塑的最优条件: 剥离剂浓度为4 mol/L, 反应温度为60 ℃,液固比为60 L/kg, 破碎尺寸为5 cm×5 cm. 在该条件下, 铝塑的分离率达到100%.      

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.      

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.