湿法脱硫浆液中石膏与汞的结合特性模拟研究

燃煤烟气湿法脱硫石膏中汞的大量富集限制了其应用范围且容易产生汞的二次逃逸问题.因此,本文对脱硫浆液中的汞在固相石膏的迁移转化规律进行了模拟研究,考察了不同操作条件和离子浓度的影响,探求汞进入石膏的量和形态的变化趋势.同时考察了温度、p H、石膏老化时间和结晶方式等对汞与石膏结合特性的影响,并对机理进行了探讨.结果表明,当液相汞浓度从0.16 mg·L-1增加到2.67 mg·L-1时,进入石膏的汞含量相应从0.38 mg·kg-1增加到4.17 mg·kg-1,但其占液相总汞的比例却呈先下降后不变的趋势.当石膏浆液浓度从1%增加到20%时,由液相进入石膏中的汞比例不断上升,但石膏汞含量却不断下降.基于实验结果推测汞与石膏结合的两种方式:石膏的内部包裹作用和石膏的表面吸附作用.另外,酸根离子浓度会改变浆液中游离汞的含量,从而影响石膏中汞的富集量:Cl-和NO-3对汞进入石膏有抑制作用,而SO2-4的存在会起到促进作用;铁、铝阳离子的存在会促进汞进入石膏,钙、镁阳离子对汞的富集基本无影响.     

燃煤电厂脱硫石膏中重金属汞的稳定性研究

燃煤电厂脱硫石膏在雨水中和太阳光长时间照射下,或作为固体废弃物加工过程中,吸附的汞会再次进入环境中,带来汞的二次污染。通过对脱硫石膏在煅烧、淋洗和暴露大气环境中等3种条件下对脱硫石膏中汞的稳定性进行研究。脱硫石膏中汞以多种化合物的形式存在,其主要是以氯化汞的形式存在。脱硫石膏在150℃煅烧时汞开始挥发,但流失率不高;当温度达到500℃时,汞已经大部分挥发出去,均达到92%以上,汞的流失率随煅烧时间的增加而增加,随煅烧温度的增加而增加,这表明煅烧时间和煅烧温度是影响汞的流失率的重要因素;在淋洗实验中,汞的流失率随淋洗液p H值的增加先增加后降低,随淋洗时间和淋洗液体积的增加而增加,表明淋洗液的体积和淋洗液的p H均是影响汞流失率的重要因素;在自然堆放的环境下,脱硫石膏中的汞随着存放时间延长逐渐流失,最低流失率为7.31%,最高流失率为21.35%。     

660 MW超低排放燃煤电站汞分布特征研究

对某660 MW超低排放燃煤电站进行汞形态和浓度监测,实验结果表明:在SCR前烟气中,汞主要以单质游离态存在,SCR催化剂对Hg~0氧化率约为20.22%.烟冷器内Hg~0向Hg_p和Hg~(2+)转化,Hg_p浓度增加72.18%,Hg~(2+)浓度增加55.40%.低温电除尘不仅可以脱除Hg_p,对Hg~0和Hg~(2+)也具有协同脱除作用,Hg~0浓度下降47.14%,Hg~(2+)浓度下降68.70%.经过湿法脱硫后Hg~0浓度由0.37μg·m~(-3)升高到0.86μg·m~(-3),Hg~(2+)在湿法脱硫装置内被还原为Hg~0.大气汞排放浓度在0.82～0.95μg·m~(-3)之间,远低于标准要求.超低排放电站产生的汞大部分进入粉煤灰(68.35%),大气排放的汞为21.20%,进入石膏中的汞为4.87%,进入脱硫废水处理站固废5.53%.超低排放环保设备总的协同脱汞效率为78.77%,大气汞排放因子(EF_煤、EF_电)分别为6.07μg·kg~(-1)和1.70μg·kW~(-1)·h~(-1).     

基于Test Method 1311法重结晶α-半水石膏重金属元素的浸出特性研究

以脱硫石膏及其常压盐溶液法重结晶得到的α-半水石膏为研究对象,采用改进的Tessier流程和Test Method 1311法研究两种石膏晶体重金属元素的赋存形态和浸出特性,并对其进行环境效应评价。结果表明:重结晶过程能够释放脱硫石膏中的重金属元素并使其赋存形态改变;重结晶后石膏晶体中的重金属组分短期内可达到释放平衡,其中Cr、Pb、Ni元素的最大浸出量明显低于对应的脱硫石膏,As元素的浸出量几乎不变;α-半水石膏的环境友好性优于脱硫石膏,但仍具有污染环境的潜在风险。     

钛石膏中重金属元素的浸出特性研究

研究了钛石膏中重金属含量和不同浸出条件下钛石膏中重金属的浸出特性。结果表明,钛石膏中Mn、Hg、Zn、Cr、As含量相对较高,表现出对周围环境的潜在危害性。不同浸提剂浸出实验中,由于较强的离子强度效应,海水对重金属的浸出能力强于硫酸/硝酸、去离子水(除Zn外),且海水Hg浸出浓度超出标准限值近3倍。在连续静态浸出实验中,海水浸出和酸性浸出的重金属浓度均不断降低,但重金属海水浸出量始终高于酸性浸出,表明盐度对重金属的浸出具有持续促进作用,而钛石膏则表现出较强的酸缓冲能力。同时在连续浸出过程中海水及酸性浸出的重金属累积浸出率均显著增加,说明在标准加速浸出时间以外,钛石膏液固浸出体系仍具有较强的重金属释放能力,故认为钛石膏简易堆存可能存在环境风险。     

脱硫废水添加对煤燃烧时汞析出特性的影响

为探究含氯脱硫废水溶液添加对煤燃烧时汞析出特性的影响,分别利用沉降炉和管式炉实验装置进行了3种煤在1200℃下的燃烧实验。实验时通过改变模拟脱硫废水溶液的添加量来控制燃煤中氯的质量分数分别为0.00%、0.02%、0.04%和0.06%。分析煤燃烧后烟气中汞浓度、吸收液、飞灰和煤灰中汞含量的变化情况发现:随着加氯量的增加,烟气中Hg0浓度逐渐降低,Hg2+浓度则逐渐升高,但对Hgt（气态总汞）浓度的提升效果相对较差。当加氯量为0.06%时,煤种B在沉降炉中燃烧后烟气中Hg0浓度下降约2.3 μg/m3,而Hg2+浓度提高约2.6 μg/m3,但Hgt浓度仅提高了0.3 μg/m3。氯的添加也会使飞灰中汞含量增加,煤灰中汞含量降低。通过综合对比分析沉降炉和管式炉实验结果发现:无论是否添加氯,煤在沉降炉中燃烧后烟气中Hg0比例均小于管式炉实验结果。当煤种B加氯量为0.06%时,在沉降炉和管式炉中燃烧后烟气中Hg0含量占比分别为50.6%和67.8%。此外,还发现3种煤粉在管式炉中加氯燃烧后汞的析出率提高趋势均较沉降炉明显。故含氯脱硫废水溶液的添加可以改变煤燃烧时汞的析出特性,且有利于促进烟气中Hg0的氧化,对燃煤烟气脱汞具有重要作用。     

锌回转窑处理浸出渣过程汞排放特征研究

对3家锌冶炼回转窑处理浸出渣过程的汞排放特征测试发现,该过程是锌冶炼行业大气汞排放的重要节点.测试冶炼厂浸出渣和燃料在回转窑中的释放率为80.3%~99.3%.烟气除尘过程的脱汞效率为2.3%~7.9%.多膛炉脱氟氯过程的烟尘高温焙烧导致回转窑除尘过程的净脱汞效率大大降低.烟气脱硫系统的脱汞效率为19.0%~58.0%.回转窑尾气的汞排放量,约占浸出渣处理过程总输出汞量的41.6%~87.1%.测试冶炼厂回转窑尾气汞排放浓度为171~1186μg/m3,远超过《铅锌工业污染物排放标准》的排放限值(50μg/m3).该尾气中的汞排放主要以气态元素汞排放为主的特征,将增加回转窑大气汞排放控制的难度.     

典型燃煤电厂汞的分布、迁移及释放特征研究

采集安徽不同地区两典型燃煤电厂火力发电中使用的原煤及其产生的3类固体副产物(飞灰,炉渣及脱硫石膏样品),对4类样品中汞含量分别进行测定,以此揭示电厂燃煤过程中汞的分布、迁移及转化规律。此外,采用质量平衡及二次排放模型分别初步估算了电厂燃煤及燃煤固体副产物再利用过程中汞的两次释放特征。结果显示,汞在原煤、飞灰、炉渣及脱硫石膏样品中的含量分别为174~321μg/kg、421~316μg/kg、6~3 143μg/kg和2 988~4 694μg/kg;燃煤过程中有20.9%~23.6%的汞转移到飞灰中,32.6%~59.9%的汞赋存于脱硫石膏中,16.5%~37.4%的汞通过烟囱首次排入大气,仅有0.02%~9.2%的汞残留在炉渣中。二次排放模拟结果显示,燃煤电厂1#和2#中飞灰和脱硫石膏的高温再利用过程将向大气二次释放汞量96.0 kg/a和165.8 kg/a,两次年排放总量分别为189.5 kg和640.8 kg。本研究可为燃煤电厂汞的污染过程控制提供参考依据。     

飞灰添加量对矿渣基回填胶凝材料水化机理以及重金属固化/稳定化效果影响

采用飞灰协同冶金固体废物(高炉矿渣、钢渣以及脱硫石膏)制备飞灰-矿渣基胶凝材料代替水泥作为采空区的回填材料,并探究了飞灰掺入量对胶凝体系水化机理及重金属稳定化效果的影响。结果表明：胶凝体系飞灰掺入量较少时(10%),会抑制体系早期(3 d)水化产物的生成,降低固化体的抗压强度;飞灰的碱激发作用会在一定程度上促进水化产物钙矾石的生成,对养护结束(28 d)时固化体的抗压强度提升具有促进作用;当胶凝体系飞灰掺入量较高时(25%),会严重抑制胶凝体系水化进程,但其产品抗压强度仍高于矿区采空区对胶凝材料的要求。另一方面,飞灰-矿渣基胶凝体系对飞灰中重金属的稳定化效果良好,除了飞灰掺入量为25%处理组的Zn浸出浓度接近水泥胶砂(GB/T 30810—2014)标准限制外,其他处理组(飞灰添加量为0%～20%)重金属浸出量均满足标准限制。因此,在掺入量合适的情况下,以飞灰作为矿区回填胶凝材料是一种理想的飞灰建材资源化方法。     

脱硫石膏对稻田CH4释放及其功能微生物种群的影响

为探究脱硫石膏对温室气体CH_4排放及其功能微生物种群的影响,采用静态暗箱/气相色谱法,高通量测序和荧光定量PCR技术,研究了FGDG0(0 t·hm~(-2))、FGDG1(2 t·hm~(-2))、FGDG2(4 t·hm~(-2))、FGDG3(8 t·hm~(-2))、FGDG4(16 t·hm~(-2))这5个施加脱硫石膏处理下CH_4排放特征、稻田细菌群落结构及产甲烷菌和甲烷氧化菌丰度的变化.结果表明施加脱硫石膏后,土壤p H显著提高(P0.05),土壤氧化还原电位、有机质、速效钾含量增加,但处理间无显著差异(P0.05);稻田CH_4平均排放通量随着脱硫石膏用量增加而降低,且FGDG1FGDG2FGDG3FGDG4,较对照分别减少31.56%、57.30%、83.60%、90.66%;与对照相比,FGDG1、FGDG2处理增加了土壤细菌丰富度和多样性,但用量超过4 t·hm~(-2)后,细菌丰富度和多样性逐渐降低;与对照相比,稻田土壤硫酸盐还原菌属相对丰度显著提高6.98%~13.56%,甲烷氧化菌pmo A基因丰度增加0.3%~6.2%,产甲烷菌mrc A基因丰度显著下降2.4%~15.8%,且丰度比(pmo A/mcr A)随着脱硫石膏用量增加而增大;相关性分析表明,CH_4平均排放通量与土壤中硫酸盐还原菌属相对丰度呈显著负相关,与产甲烷菌mcr A基因丰度呈显著正相关,与pmo A/mcr A比呈显著负相关.综上,脱硫石膏能够提高稻田土壤细菌群落多样性,抑制稻田CH_4排放.