废物水泥窑共处置产品中Cd释放的pH影响

用高温电炉模拟煅烧试验制取水泥熟料后再制作混凝土,参考EA NEN 7375:2004浸出试验,设定5种不同pH的浸取液对混凝土进行长期浸出试验,研究了pH对水泥窑共处置混凝土中Cd释放量以及释放过程的影响.结果表明:(1)pH为2.00、3.50、5.00、7.35和10.00的浸取液中,Cd的累积释放量分别为0.408 0、0.005 8、0.000 7、0.000 4、0.001 2 mg/kg.在酸性条件下,随pH的增大,Cd的累积释放量减小.在碱性条件下,随pH的增大,Cd的累积释放量增大.(2)pH为7.35的浸取液中,Cd累积释放量的释放曲线与斜率为0.5的直线拟合最佳.pH为7.35的浸取液中,混凝土中Cd的释放机制为扩散控制;pH为2.00和5.00的浸取液中,Cd的释放在前期为扩散控制,后期发生了耗竭作用;pH为3.50和10.00条件下,Cd的释放在前期发生了延滞作用,中期为扩散控制,后期发生了耗竭作用.     

废物水泥窑共处置产品中重金属释放模型研究——混凝土路面场景

通过模拟煅烧试验制取水泥熟料,并制得混凝土样品。在混凝土路面场景分析的基础上,参照欧盟固体中无机组分有效量测试方法(EA NEN7371),以pH=3.2的HNO3/H2SO4溶液(质量比为1∶2)为浸取液,在液固比为20 L/kg条件下,对混凝土样品进行模拟浸出实验;参照欧盟块状材料中无机组分的扩散实验方法(EA NEN7375)测定混凝土样品中重金属的有效释放量。模拟浸出实验结果表明,Cr、Ni和Cd在浸出过程中扩散控制是其释放的主要因素。在此基础上建立了重金属在混凝土路面中的释放模型。实验室实测累积释放量(实测值)与模型预测累积释放量(预测值)的拟合检验结果表明,实测值与预测值之间差异不显著,释放模型能较好地预测混凝土路面中重金属的长期累积释放量。     

干湿交替中碳酸化对废物水泥窑共处置产品中重金属浸出的影响

通过比较连续浸出、碳酸化保存间歇浸出和密封保存间歇浸出3种浸出条件下,废物水泥窑共处置产品--混凝土中Cr、Ni、As、Cd和Pb的浸出量,研究了干湿交替的环境中碳酸化对混凝土中重金属浸出的影响.结果表明,不同的漫出条件对混凝土中重金属的浸出产生了一定的影响.间歇浸出过程降低了重金属在混凝土固相与孔隙水(液相)中的浓度...     

水泥窑共处置废物过程中重金属的流向分布

为了探索水泥窑共处置危险废物过程中重金属流向分布规律,研究了不同温度条件下Cr、As、Pb在煅烧熟料、颗粒物和尾气中的残留率.在900、1 000、1 100、1 200、1 300和1 450℃温度条件下,将添加Cr、As和Pb化学试剂的生料分别进行煅烧,模拟重金属在水泥窑内不同温度带的煅烧过程.结果表明,6个温度条件下,Cr主要分布在熟料中并且呈现不规则变化;颗粒物中的Cr在1 200℃条件下分布量最大,所占比例为32.79%(w);在900℃和1450℃条件下,烟气中的Cr分布量最大,所占比例为0.24%(w).6个温度条件下As主要分布在熟料中并且1 000~1 450℃条件下稳定在81%~83%之间;在900℃条件下,As在熟料中的残留率最大,所占比例为97%(w);在1450℃条件下,As在尾气中的分布达到最大值,所占比例为0.0023%(w).6个温度条件下,Pb在熟料中的残留率随着温度升高而逐渐减少,挥发颗粒物中的含量呈现相反的趋势;尾气中Pb的含量随着温度的升高逐渐增加.     

pH值对含砷水泥熟料制品中砷释放的影响

通过模拟煅烧实验制取水泥熟料,并制取混凝土样品。参照NEN-7375浸出方法,设定5种不同pH值的浸取液,研究了pH值对混凝土块中重金属As释放的影响。结果表明,浸取液的pH为2.0、3.5、5.0、7.35和10.0时,混凝土中As的观测累积释放量分别为0.0553、0.04253、0.0157、0.00939和0.0148 mg/kg;酸性范围内,观测累积释放量随着pH值的增大而减小,并在弱碱性条件下达到最小值,碱性范围内,随pH值的增大而呈增加的趋势。pH值对As的释放过程有影响,在前期,pH=2.0、3.5和10.0的浸取液中,释放曲线与斜率为0.5的直线拟合较佳,并且在1～4区间修正累积释放量曲线的斜率均在0.35～0.65范围内,其释放表现为扩散控制,而pH=5.0和7.35的浸取液中,则分别发生了表面冲刷作用和延滞现象;在中后期,pH=2.0的浸取液中,As的释放出现了耗竭现象,而pH=3.5和10.0则出现了溶解现象,pH=5.0和7.35则均为扩散控制。     

水泥窑共处置污染土壤的污染排放研究

以被DDT和六六六污染的土壤为研究对象,开展了利用水泥窑进行共处置的工程试验研究,分析了共处置过程对尾气排放的影响。结果表明,水泥窑共处置对农药污染物的焚毁去除率很高,DDT达到99.99991%,六六六达到99.99964%,均高于我国危险废物焚烧炉规定99.99％的焚烧效率;与空白处理相比,尾气排放中有机污染物（包括二恶英/呋喃,简称PCDD/F、多氯联苯PCB、六氯苯HCB、挥发性有机物VOC）、酸性气体和重金属的排放在共处置过程中没有显著增加,且都低于相应的规定限值。试验结果表明,水泥窑共处置固体废物不会导致污染负荷的增加。     

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。     

水泥窑协同处置含铜污泥对水泥熟料性能及环境安全性的影响

针对目前没有合理方法处置含铜污泥的问题,利用水泥窑协同处置技术对含铜污泥进行处置,以达到废物资源化的目的。通过掺入不同量的含铜污泥煅烧成水泥熟料,探讨了含铜污泥对硅酸盐水泥熟料性能及其中所含重金属的浸出对环境安全性的影响。结果表明,含铜污泥的加入明显降低了熟料的f-CaO质量分数,改善了水泥生料的易烧性。当含铜污泥掺量为4%及以下时,含铜污泥掺入会有效促进硅酸盐水泥的水化,使3、7和28 d抗压强度最高分别可达到49.85、46.85和65.8 MPa;当其掺量超过4%后,会明显抑制水泥的水化,劣化水泥水化程度,使其力学强度迅速降低。熟料各矿物相对重金属元素的固化具有选择性,含铜污泥中含量最多的Cu主要存在于中间相中,少数分布于硅酸盐相中;含铜污泥中的Cu离子可以有效固化在水泥熟料中,固化率最高可达87%。Cu离子在水泥净浆中的浸出浓度低于工业固体废弃物浸出毒性鉴别标准的规定指标,水泥窑协同处置含铜污泥在使用中不会对环境造成二次污染。本研究结果可为水泥窑协同处置含铜污泥应用提供参考。     

水泥窑协同处置垃圾衍生燃料对烟气污染物排放及熟料品质的影响

水泥窑协同处置垃圾衍生燃料(RDF)可以实现垃圾资源化利用,但需确保不会造成烟气污染物排放超标或使水泥熟料品质受影响。研究了国内某水泥厂新型干法水泥窑协同处置RDF前后烟气污染物排放及水泥熟料品质变化的情况。结果表明,水泥窑协同处置RDF的烟气中SO_2、NO_x、NH_3、HCl和HF的排放均符合《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915—2013)。重金属与二噁英的含量相比于协同处置RDF前虽略有升高,但仍低于《水泥窑协同处置固体废物污染物控制标准》(GB 30485—2013)的排放限值。协同处置RDF基本不影响水泥熟料的矿物组成,抗折强度和抗压强度相比掺加RDF前有所提高,并且符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)的中普通硅酸盐水泥的52.5R强度等级要求,安定性合格率提高至100.0%。协同处置RDF的水泥熟料中Cu、Cd、Cr、Pb、As、Ni的浸出浓度远小于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760—2014)的标准限值。总之,水泥窑掺烧RDF对烟气污染物排放和熟料品质的影响较小,甚至可以提高水泥熟料的某些品质。     

水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中Pb和Zn的迁移转化特性

对某水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰系统进行采样分析,研究飞灰中的Pb、Zn在水洗脱氯预处理及水泥窑协同处置过程中的迁移转化特性。结果表明,水洗预处理过程中,飞灰中0.15%Pb和0.015%Zn进入结晶盐,94.05%的Pb和93.17%的Zn留存在水洗灰中,且赋存形态基本不变。水泥窑协同处置飞灰过程中,进入窑内的Pb和Zn少部分在窑内和预热器系统形成内循环,93.84%Pb和81.38%的Zn进入水泥熟料,0.002 7%的Pb进入窑尾烟气,0.001 4%的Pb和0.001 1%的Zn进入窑灰。热力学平衡计算表明,水泥熟料中Pb的主要存在形态是PbO、PbSiO₃,Zn的主要存在形态是ZnO、ZnFe₂O₄、ZnAl₂O₄。窑尾烟气排放指标和水泥熟料性能指标均满足相关规范要求,这说明Pb和Zn在水泥窑中实现了良好的固化,环境风险可接受。本研究结果可为水泥窑协同处置飞灰工艺系统设计优化提供参考。     

水泥窑协同处置村镇生活垃圾

针对位于新型干法水泥厂附近且生活垃圾收运较为困难的村镇,提出了一种利用新型干法水泥窑协同处置垃圾的简易模式。实验将预处理后的村镇生活垃圾定量喂入水泥窑系统中,并对比了掺烧20、50和80 t村镇生活垃圾前后,水泥熟料品质、窑系统工况以及污染物排放的情况。结果表明:实验期间在80 t范围内,生活垃圾的掺烧使水泥熟料抗压强度最多降低3 MPa,但仍符合国家标准;对水泥窑衬结皮和窑工况稳定性基本没有影响;同时对水泥窑系统污染物排放量无负面影响,烟气中二恶英的含量为0.004 0 ng TEQ/m3,远远低于国家标准。     

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。     

烧结机共处置过程中重金属Cd、As的挥发特性研究

选取优级纯化学试剂CdCl2和As2S3来模拟危险废物中的重金属,按一定比例将其与烧结矿原料均匀混合后进行共处置煅烧。主要研究了在煅烧过程中Cd和As的挥发规律,同时对煅烧所得烧结矿进行消解实验求得固化的重金属量。实验结果表明,Cd的挥发率随着温度的升高和时间的增加而不断增大,直到达到一个平衡而不再继续增大,对Cd的挥发进行动力学模拟得到挥发率α与煅烧温度T和煅烧时间t的关系式为α=1-exp(-0.669exp(-3567.6/T)t)。而As则呈现出温度越高挥发率越低的规律,当温度为1 200℃时,煅烧75 min后As的挥发率仅为9.8%,即共处置过程中As与烧结矿原料发生化学反应而固化下来,挥发较少,可认为对人体健康和环境造成的危害较小。     

水泥窑协同处置含锌粉尘对水泥熟料性能及环境安全性的影响

利用水泥窑协同处置技术对含锌粉尘进行了处置。通过掺入不同量的含锌粉尘煅烧成水泥熟料,探讨含锌粉尘中重金属离子对水泥熟料性能和环境安全性的影响。结果表明,含锌粉尘中的Zn离子可以被有效固化在水泥熟料中,固化率最高可达98.11%;Zn离子在水泥净浆中的浸出浓度低于工业固体废弃物浸出毒性鉴别标准的规定限值,故水泥熟料固化的危险废物在使用中不会对环境造成二次污染。此外,含锌粉尘的加入降低了f-Cao的质量分数,改善了水泥生料的易烧性;在熟料中,各矿物相对重金属元素的固化存在选择性,Zn离子在中间相中的固化率至少为73.04%,远高于其在硅酸盐相中的固化率;同时,背散射图像也表明,Zn离子主要存在于中间相。以上研究结果可为水泥窑协同处置含锌粉尘提供参考。