焚燒是一種具有較好減容效果、消毒徹底且易實現(xiàn)資源及能量回收利用的固體廢棄物處理方法。然而,固體廢棄物焚燒過程中會伴隨痕量元素釋放,尤其是易揮發(fā)痕量元素As、Se、Sb,難以被除塵裝置有效捕獲,對人類健康和環(huán)境有很大危害。因此,研究固體廢棄物焚燒過程中易揮發(fā)痕量元素的釋放特性及吸附機理具有重要的意義。本文應(yīng)用自行開發(fā)的煙氣痕量元素在線檢測方法,分析了固體廢棄物焚燒煙氣中As、Se的釋放特性。實驗用固體廢棄物在流化床中以600℃~850℃的溫度條件下進(jìn)行焚燒。根據(jù)在線檢測實驗結(jié)果獲得了固廢焚燒過程中As、Se的瞬時釋放速率,得到不同工況下As、Se釋放的動力學(xué)參數(shù)(活化能、指前因子等),并得到其釋放所遵循的機理函數(shù)表達(dá)式,建立了固廢焚燒過程中As、Se釋放的動力學(xué)方程。結(jié)果表明:較高的反應(yīng)溫度促進(jìn)了As、Se的釋放及轉(zhuǎn)化。同時,考慮了氯的存在對As、Se釋放的影響,氯對不同元素的作用效果不同。在600℃~850℃氯對As的釋放均有促進(jìn)作用,而對Se的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在高于700℃溫度段。通過熱力學(xué)方法分析了As、Se的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,結(jié)果表明As、Se在釋放過程中易與某些礦物質(zhì)元素反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物(如Ca_3(AsO_4)_2、CaSeO_4等),這也使得As、Se會以不同的比例及形態(tài)分布于氣相或固相產(chǎn)物中。目前尚缺乏關(guān)于易揮發(fā)痕量元素Sb釋放規(guī)律的研究,本文應(yīng)用煙氣痕量元素在線檢測方法采集了焚燒條件下固體廢棄物熱處理煙氣中Sb釋放的實時濃度數(shù)據(jù)。根據(jù)反模型方法求得Sb的釋放速率,最終得到焚燒條件下固體廢棄物煙氣中Sb的釋放動力學(xué)方程,預(yù)測了Sb的釋放規(guī)律及動力學(xué)特性。結(jié)果表明:較高的反應(yīng)溫度有利于Sb以氣相的形式揮發(fā)出來,所建立的動力學(xué)方程可以較為準(zhǔn)確的描述固廢焚燒煙氣Sb的釋放特性。同時,考察了氣氛的變化對Sb釋放的影響,兩種工況比較而言,燃燒比氣化氣氛更易使得固體廢棄物樣品反應(yīng)完全,釋放至氣相中Sb的比例更高。在850℃時,Sb在燃燒條件下的釋放率約為氣化條件下的兩倍。熱力學(xué)結(jié)果表明,Sb可與灰中的Ca發(fā)生反應(yīng),形成穩(wěn)定的Sb-Ca化合物Ca_3(SbO_4)_2。Sb對Ca、Fe有較強的親和性,基于量子化學(xué)密度泛函理論從原子層次對CaO、Fe_2O_3吸附劑對Sb的吸附機理進(jìn)行了理論研究。考慮吸附位點、覆蓋度、Sb的不同化合形態(tài)對Sb的吸附特性的影響。結(jié)果表明:Sb原子主要以化學(xué)吸附方式與CaO表面O頂位作用,吸附能可達(dá)到-222.94 KJ/mol。不同覆蓋度的作用結(jié)果不同,雙原子Sb在CaO表面不同的O吸附位點的組合,其吸附能大小也會有所不同。三原子Sb的吸附效果為兩種雙原子吸能效能的疊加。同時,CaO對Sb及其化合物的吸附作用效果不同,強弱順序為:SbSbClSbO。在研究Sb在Fe_2O_3表面的吸附特性時發(fā)現(xiàn),單原子Sb在O位點及Fe位點的吸附均屬于較強的化學(xué)吸附,吸附能分別為-291.08 KJ/mol和-205.30 KJ/mol。其中,Sb在O位點形成了橋位鍵使得吸附作用更強。對于Sb化合物在Fe_2O_3表面的吸附強度,吸附能大小的順序為SbSbClSbO。SbCl同Sb單質(zhì)吸附位點相同,但吸附能略低于單原子吸附。說明Cl的存在可使得Sb會以更易揮發(fā)的氯化物的形式釋放至氣相中。不同的覆蓋度下Sb單質(zhì)及Sb化合物均與Fe_2O_3表面有較強的相互作用。該理論研究為固廢熱利用過程中Sb的吸附控制提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X705
【部分圖文】：

代謝、神經(jīng)系統(tǒng)及環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)均具有很大的毒性及危害。因此，掌握燒過程 As、Se 的釋放規(guī)律有助于 As、Se 排放特性及控制技術(shù)的研究與本研究采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜技術(shù) (ICP-OES) 有助于了解實時釋放特性，動力學(xué)方程則可以進(jìn)一步預(yù)測 As、Se 的釋放規(guī)律及動力學(xué)細(xì)介紹了在線檢測系統(tǒng)實驗設(shè)備及校準(zhǔn)方式，研究了固體廢棄物焚燒e 的釋放行為及動力學(xué)特性。同時，也考慮了固體廢棄物中存在的 PVC As、Se 的釋放影響。采用實驗研究與熱力學(xué)分析相結(jié)合的方法，探究As、Se 的釋放特性差異。驗系統(tǒng)及研究方法煙氣在線檢測系統(tǒng)文所采用的在線檢測系統(tǒng)裝置如圖 2-1 所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 吳楨芬;蘇有勇;王華;胡建杭;趙逸群;;氣氛對垃圾焚燒中重金屬遷移特性的影響[J];環(huán)境工程學(xué)報;2011年07期

2 王學(xué)濤;金保升;仲兆平;黨小劍;;氣氛對焚燒飛灰熔融過程中重金屬行為的影響[J];中國電機工程學(xué)報;2006年07期

3 李建新,嚴(yán)建華,池涌,張若冰,倪明江,岑可法;垃圾焚燒氯對重金屬遷移特性的影響[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2003年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 沈鋒華;煤氣化過程中痕量元素釋放的動力學(xué)特性及炭基吸附劑脫除的研究[D];華中科技大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張帥毅;垃圾焚燒過程中鉛和鎘揮發(fā)特性及機理研究[D];東南大學(xué);2016年

本文編號：2887662