生活垃圾焚烧飞灰的物理化学特性研究

为进一步研究飞灰在建材中的可利用性,采用XRF(X射线荧光光谱仪)、SEM(环境电子扫描电镜)、XRD(X射线衍射仪)、IR(红外光谱仪)、ICP(电感耦合等离子体原子发射光谱仪)、激光粒度分析仪等先进仪器,分析了生活垃圾焚烧飞灰的粒径、微观形貌及组成.结果表明98%～99%的飞灰颗粒粒径在4～100 μm之间,颗粒分布比较均匀;玻璃相含量高达59%,其中的玻璃微珠使得飞灰具有较大的活性;主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3,含量分别35.8%、20.5%、5.8%,构成SiO2-Al2O3-金属氧化物体系;主要矿物成分是SiO2、CaCl2、Ca3Si2O7、Ca2SiO4·0.35H2O,Ca9Si6O21·H2O,K2Al2Si2O8·3.8H2O和AlCl3·4Al(OH)3·4H2O等硅酸盐及铝硅酸盐.指出飞灰是一种有用材料.     

生活垃圾焚烧飞灰的热性质

利用综合热分析仪对飞灰进行了差热与热重分析,并利用X-射线衍射仪分析了不同温度煅烧后飞灰的矿物成分变化。结果表明:781～956℃温度区间,飞灰的质量下降超过15%;956～1241℃温度区间,质量下降8%左右;温度超过1241℃时,飞灰的质量基本保持不变,出现大量的化合反应,飞灰表现出较好的活性;飞灰的主要矿物成分是SiO2、CaCl2、Ca3Si2O7、Ca2SiO4·0.35H2O、Ca9Si6O21·H2O、K2Al2Si2O8·3.8H2O和AlCl3·4Al(OH)3·4H2O,晶相含量高达59%;高温下飞灰中的盐类首先分解生成金属氧化物,随温度的升高,所产生的金属氧化物再与SiO2反应生成硅酸盐或铝硅酸盐。     

垃圾焚烧飞灰基本性质的研究

分析了几种焚烧飞灰的基本性质,讨论了燃烧过程中可能影响飞灰中重金属分布的因素,研究表明:焚烧飞灰结构复杂性和性质多变,其主要的化学组成为Cl、Ca、K、Na、Si、Al、O等,主要的重金属为Zn、Pb、Cr、Cu等;飞灰多以不规则的无定形态和多晶聚合体的结构存在,浸出毒性一般超过危险废物鉴别标准;重金属主要以气溶胶小颗粒和富集于飞灰颗粒表面的形式存在于飞灰中.焚烧厂和焚烧时间的变化对于飞灰性质有较大影响,几种飞灰的Cl含量范围为6.93%～29.18%,SiO₂为4.48%～24.84%;浸出毒性则在0～163.10mg·L^-1(Pb)、0.049～164.90mg·L^-1(Zn)之间变化.     

基于EDX的飞灰元素组成及重金属分布研究

介绍了用于X射线能谱分析(EDX)的飞灰颗粒表面和断面样品的制作方法.对用EDX分析飞灰组成元素及重金属分布的实验方法(包括点(或面)分析、线扫描以及元素能谱图)和信息分析方法进行了探讨.168组的飞灰EDX分析结果表明:飞灰成分非常复杂,其中Si,Ca和Al是基本组成元素,Cl和S出现频率处于第2位,而作为盐基的Na,K和Mg出现频率处于第3位;在以Si,Ca和Al为主体的飞灰颗粒表面和断面重金属富集少,呈随机分布.推测重金属在飞灰上的吸附作用机理包括了物理吸附过程和自飞灰颗粒表面向内部的化学扩散过程.      

硅酸盐玻璃和熔体的熵与结构

对NaAlSi2O6、MgSiO3、Ca3Al2Si3O12、Ca1.5Mg1.5Al2Si3O12等玻璃进行了低温绝热热容（Cp）测量。测量结果及过去的数据表明，在体系Cao－MgO－Al2O3－SiO2的整个所研究的成玻璃部分中，在高于50K时热容都是组成（误差在±1％以内）的加和函数。考虑到氧配位多面体对低温熵有决定性作用，可以认为，这表明在所有这些玻璃中Si、Al是四面体配位，与结构数据一致，而Ca、Mg依然是八面体配位。相反，碱性铝硅酸盐的热容和熵都不是组成的加和函数，表明加入Al时，碱金属元素的配合数从约6增至9。玻璃振动熵具加和性的热化学效应是：钙、镁铝硅酸盐熔体的混合熵基本上是构型的。对于含碱金属液体来说，振动熵可能对混合熵有明显贡献。在很低的温度下，可能由于中程有序的特定差异，热容与组成的加和性不大好。     

粉煤灰的矿物学行为研究

采用激光粒度分布仪、扫描电镜、环刀法和压力膜等方法,研究了鲁南苏北几种粉煤灰的理化特性和矿物学行为.结果表明,粉煤灰颗粒粒径分布以粗粉粒(10 ～ 50 μm)和中粒粉(5～ 10 μm)为主,分别占46％～72％和20％ ～ 45％;松散堆积密度平均为0.538 g/m3;pH值大于10.0.粉煤灰矿物组成以玻璃质结构为主,内含小部分晶体矿物,主要结晶态矿物是莫来石(Al6Si2O13)、石英(SiO2)、赤铁矿(α-Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)以及微量的石灰(CaO)和金云母(KMg3 (Si3Al) O10(OH)2)等,其中SiO2和Al2O3的含量分别为43.9％ ～ 55.1％和25.4％～34.6％.粉煤灰的凋萎系数在6.2％～7.2％,有效水范围为54.8％～56.7％,具有较高的保水性能.粉煤灰表面粗糙,有较大的流动涩性,滑动能力差.管道压力随着距泵出口距离的增加而降低.含水率在45％～60％范围内,物料流动顺畅,泵运行平稳,管路振动小,粉煤灰浆料可以通过泵进行管道输送.     

城市混合垃圾组分及其燃烧产物特性分析

对混合垃圾自然组分、物性及燃烧产物特性进行了实验研究。结果表明 :城市混合垃圾中无机物、水分、灰分含量较高 ,热值较低 ;燃烧产物中烟气的主要成分是 N2 、CO2 、H2 O、O2 ,以及少量 CO、HCl、NOx、SOx、H2 S等 ;灰渣的主要成分是 Si O2 、Al2 O3、Ca O、Ca SO4等。随着过量空气系数的增大 ,呈现 CO、HCl、SOx、H2 S减少 ,NOx 增加的趋势 ;随着温度的升高 ,CO、H2 S逐渐减少 ,HCl、SOx、NOx 增加 ;适宜的城市混合垃圾燃烧温度应在 80 0～ 1 0 0 0℃     

改性高岭土对水源水的混凝消毒作用的研究

采用天然高岭土为原料 ,加入一定量的 Al2 O3、Si O2 和 Fe2 O3,经与 Na2 CO3、KCl O3混合 ,高温 (75 0～ 85 0℃ )固相反应约 3h后制得改性高岭土。本文研究了改性高岭土的不同 Al/ Si摩尔比、p H值和投加量对水源水的混凝絮凝除浊和杀菌效果的影响。结果表明 :改性高岭土在 p H值在 6 .5～ 8.5 ,对水源水的除浊消毒效果较好 ,Al/ Si摩尔比为 5 .0(Al∶ 10 .5 %、Si∶ 2 .1%、Fe∶ 3.8% ) ,剂量 2 0 0 ppm时 ,净化水的浊度 <2 .5 NTU,细菌菌落数 2 3个 / ml,总大肠菌群 <3个 / L ,均达到国家饮用水标准。 p H为 10 .5以上几乎无除浊效果     

西藏羊卓雍湖流域土壤环境中物质含量与流失的初步探讨

本文利用随机布点法,布点采集西藏羊卓雍湖（羊湖）流域的土坯样品,测定了SiO2、Si、Al2O3、Al、TFe2O3、Fe、Ca、Mg、K、Na、MnO、SO3等12种物质含量。结果表明,七种主要类型土壤相互间元素含量有一定的差异;同一土壤中元素含量波动较大。本文还对羊湖流域的土壤进行了淋洗实验,计算了八种离子的淋失量。      

长江中下游湖泊沉积物理化性质研究

对长江中下游洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、太湖、月湖和玄武湖6个湖泊中的20个沉积物样品进行了理化性质分析,在此基础上探讨了沉积物各理化性质间的相关关系.研究结果表明长江中下游沉积物的总磷含量为307.43～1 454.39 mg/kg,阳离子交换量为0.086 1～0.252 8 mmol/g,有机质总量为0.25%～7.38%,有机质组分以胡敏素为主;沉积物的颗粒组成以粉砂粒级和粘粒级为主,占64%～98%,粉砂粒级占50%～70%;粘土矿物以伊利石/蒙脱石混层为主,其次是伊利石、绿泥石和高岭石;沉积物中主要的氧化物为SiO2,Al2O3和Fe2O3,变化较大的成分为SiO2,Al2O3和Fe2O3,MnO和CaO变化不大,TiO2基本没有变化.在长江中下游地区不同湖泊中沉积物的理化性质存在较大差异,且与湖泊污染程度密切相关.沉积物中细颗粒越多,有机质含量越高,阳离子交换量越大,铁铝氧化物含量越高的湖泊,其总磷含量也就越高.     

垃圾焚烧飞灰H3PO4稳定化技术及机理研究

分析了焚烧飞灰的全组分和浸出毒性,表明飞灰中含有多种重金属,其中Pb的浸出浓度为67.03mg/L,超过危险废物鉴别标准.研究了H₃PO₄投加量对飞灰稳定化效果及其环境长期稳定性的影响,结果表明:投加相当于飞灰质量8%～14%的H₃PO₄就能够有效地使焚烧飞灰无害化;8%和12%H₃PO₄稳定化飞灰都具有良好的环境稳定性;过多的H₃PO₄投加量会降低处理后飞灰对酸性环境的缓冲能力.对于12%H₃PO₄稳定化飞灰,XRD检测出Cr₂P₂O₇、ZnP₂、Pb₃P₄O₁₃、Pb₃P₂O₇、NaZnPO₄、NaPbP₃O₉、Ca₂ZnSi₂O₇等少量重金属的结晶相;SEM发现了大量独立存在的飞灰颗粒、直径约0.3～0.5μm的Pb₅(PO₄)₃Cl棒状物;CHBr₃浮选没有得到浓缩的重金属.综合分析得到:H₃PO₄是通过与强碱性飞灰之间的中和反应,激活飞灰中的重金属,改善稳定化进行的环境,并产生稳定化所需的PO₄^3-.被激活的重金属与产生的PO₄^3-在飞灰颗粒表面结合.所产生的重金属磷酸盐与SiO₂、CaCO₃、CaSO₄、KCl和NaCl等飞灰主要构成固溶相,几乎不独立存在.     

粉煤灰不同配比基质对黑麦草生长的影响

粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物,主要成分有SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO等。采用盆栽试验将粉煤灰分别与粘土、砂土、秸秆按3:1的比例混合作为基质种植黑麦草,并用纯粉煤灰基质做对照,研究黑麦草在粉煤灰不同配比基质上的生长状况,结果表明,粉煤灰+粘土为黑麦草的最佳生长基质。     

异羟肟酸处理垃圾焚烧飞灰的稳定性研究

在研究垃圾焚烧飞灰的成分和对飞灰进行毒性浸出实验的基础上,采用二异羟肟酸新配体(LH2)作为重金属离子螯合剂,对焚烧飞灰进行稳定化处理.研究结果表明,垃圾飞灰主要是Si、Ca、Al、Fe、S、K、Na和Mg等的氧化物,飞灰具有一定的毒性;LH2可用作飞灰中重金属离子的处理剂,当其投加量为2.5%(质量分数),重金属离子的浸出值能达到在卫生填埋场和城市生活垃圾进行共处理的要求,并表现出较好的抗酸冲击性能.     

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.     

Investigation of basic properties of fly ash from urban waste incinerators in China

Basic properties of fly ash samples from different urban waste combustion facilities in China were analyzed using as X-ray fluorescence （XRF）, scanning electron microscopy （SEM）, X-ray diffraction （XRD）. The leaching toxicity procedure and some factors influencing heavy metals distribution in fly ash were further investigated. Experimental results indicate that the fly ash structures are complex and its properties are variable. The results of XRF and SEM revealed that the major elements （〉10000 mg/kg, listed in decreasing order of abundance） in fly ash are O, Ca, Cl, Si, S, K, Na, Al, Fe and Zn. These elements account for 93% to 97%, and the content of Cl ranges from 6.93% to 29.18 %, while that of SiO2 does from 4.48% to 24.84%. The minor elements （1000 to 10000 mg/kg） include Cr, Cu and Pb. Primary heavy metals in fly ash include Zn, Pb, Cr, Cu etc. According to standard leaching test, heavy metal leaching levels vary from 0 to 163.10 mg/L （Pb） and from 0.049 to 164.90 mg/L （Zn）, mostly exceeding the Chinese Identification Standard for hazardous wastes. Morphology of fly ash is irregular, with both amorphous structures and polycrystalline aggregates. Further research showed that heavy metals were volatilized at a high furnace temperature, condensed when cooling down during the post-furnace system and captured at air pollution control systems. Generally, heavy metals are mainly present in the forms of aerosol particulates or tiny particulates enriched on surfaces of fly ash particles. The properties of fly ash are greatly influenced by the treatment capacities of incinerators or the variation of waste retention time in chamber. Fly ash from combustors of larger capacities generally has higher contents of volatile component and higher leaching toxicity, while those of smaller capacities often produce fly ash containing higher levels of nonvolatile components and has lower toxicity. The content of heavy metals and leaching toxicity maybe have no convincing correlation, and high alkali content of CaO greatly contribute to leaching toxicity of heavy metal and acid neutralization capacity against acid rain.     

Material conversion from paper sludge ash in NaOH solution to synthesize adsorbent for removal of Pb^2＋, NH^4＋ and PO4^3- from aqueous solution

Material conversion from paper sludge ash (PSA) in NaOH solution was attempted to synthesize the adsorbent for removal of inorganic pollutants, such as Pb2+, NH4 + and PO4 3?? from aqueous solution. PSA of 0.5 g was added into 10 mL of 3 mol/L NaOH solution, and then heated at 80, 120, and 160°C for 6–48 hr to obtain the product. PSA mainly composed of two crystalline phases, gehlenite (Ca2Al2SiO7) and anorthite (CaAl2Si2O8), and amorphous phase. Hydroxysodalite (Na6Al6Si6O24 8H2O) was formed at 80°C, and anorthite dissolved, whereas gehlenite remained una ected. Katoite (Ca3Al2SiO4(OH)8) was formed over 120°C, and hydroxycancrinite (Na8(OH)2Al6Si6O24 2H2O) was formed at 160°C, due to the dissolution of both gehlenite and anorthite. Specific surface areas of the products were almost same and were higher than that of raw ash. Cation exchange capacities (CECs) of the products were also higher than that of raw ash, and CEC obtained at lower temperature was higher. Removal abilities of products for Pb2+, NH4 +, and PO4 3?? were higher than that of raw ash.With increasing reaction temperature, the removal e ciencies of Pb2+ and NH4 + decreased due to the decrease of CEC of the product, while removal e ciency for PO4 3?? was almost same. The concentrations of Si and Al in the solution and the crystalline phases in the solid during the reaction explain the formation of the product phases at each temperature.     

垃圾焚烧飞灰熔融固化处理过程特性分析

为研究熔融固化过程中飞灰主要成分的迁移转化规律,在有温控的高温实验熔融炉中对垃圾焚烧飞灰进行了动态熔融固化实验研究,对处理后的飞灰进行了XRF、XRD分析检测,分析了飞灰熔融过程中熔融渣的主要成分、物相组成、碱度、挥发率和减容率的变化规律.试验结果表明:①飞灰中主要成分CaO、Al₂O₃和SiO₂的质量分数随着温度的升高而增加,而主要成分Cl元素和SO₃则从原来的20.59%和10.74%分别降低到0.15%和0.22%,可见高含量Cl元素和S元素是引起飞灰熔融固化挥发率高的主要原因,并且可能主要以氯化物和硬石膏的形式分解挥发,XRD的测定结果也进一步证明了这一点.②飞灰熔融前,碱度随温度的升高而显著降低,但当温度达到流动温度后,碱度值随温度的变化很小,基本保持在0.95左右.③飞灰中盐类分解挥发主要发生在1150℃～1260℃之间,在飞灰熔融温度前约100℃的范围内.     

大气中SO2的固相氧化研究

研究了MgO、CaO、Al_2O_3、Fe_2O_3、V_2O_5、SiO_2、Mno_2颗粒和工业燃煤、民用燃煤、冶金工业和建材飞灰以及四川部分城市实际大气颗粒物对SO_2的固相氧化作用。实验结果表明,7种单组分颗粒对SO_2的氢化能力顺序为:MnO_2>MgO>CaO>Fe_2O_3>Al_2O_3>V_2O_5>SiO_2;污染源飞灰的氧化能力与该颗粒中所含强氧化剂和碱性成分有关,其氧化能力大小为:冶金工业飞灰>民用燃煤飞灰>建材飞灰>工业燃煤飞灰;四川不同城市实际大气颗粒物的氧化能力为:宜宾>自贡>重庆>蛾眉山>乐山>成都。该研究结果为弄清四川酸雨成因和研究防治对策提供了科学依据。