【摘要】：近年來我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長,人民生活水平不斷提高,我國固體廢棄物產(chǎn)生量飛速增加,城市“垃圾圍城”現(xiàn)象日益嚴(yán)重。隨著我國城市化發(fā)展的加快,土地資源日趨緊張,如何科學(xué)處置以城市生活垃圾為主的可燃固體廢棄物已成為生態(tài)城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。本文以重金屬污染的控制為最終目標(biāo),開展了生活垃圾熱處置過程中重金屬形態(tài)變化及遷移轉(zhuǎn)化特性研究。利用同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜原位測試了不同爐型、不同粒徑飛灰上金屬Zn的賦存形態(tài)。爐排爐飛灰以ZnCl2為主而流化床飛灰中Zn2SiO4處于主導(dǎo)地位。氯化鋅和氧化鋅富集于細(xì)顆粒之中,硅酸鋅和硫酸鋅則在較粗顆粒中有更高的濃度。明確了Zn在整個(gè)熱處置過程中從蒸發(fā)至冷凝的形態(tài)轉(zhuǎn)變?nèi)^程。硫的煙氣再循環(huán)以及適當(dāng)?shù)牧蚧?Al2O3/SiO2添加劑將是減少飛灰中重金屬Zn氯化物的可行辦法。對于爐排爐而言濕式除塵設(shè)備更為合適,可以去除大量的可溶性Zn化合物。對于流化床來說提高顆粒捕捉效率,減少小顆粒排放是更需要關(guān)注的細(xì)節(jié)。原位測試研究了底渣中金屬Cr的價(jià)態(tài)及賦存形態(tài),得出了Cr在熱處置過程中價(jià)態(tài)、形態(tài)的轉(zhuǎn)變過程,分析了礦物添加劑對于鉻價(jià)態(tài)、形態(tài)及浸出特性的影響。研究表明Cr在低溫時(shí)主要被氧化生成三價(jià)的Cr203而在高溫下主要生成六價(jià)的Cr03,有HCl存在的情況下將會促進(jìn)六價(jià)鉻的形成。在添加了硫鐵礦、氧化鈣、硫酸銨和高嶺石之后重金屬Cr的揮發(fā)比例均有所減少。底渣中的Cr以三價(jià)鉻為主體,硫鐵礦、硫酸銨和高嶺土的加入均能夠使底渣中金屬Cr的六價(jià)化合物比例下降,其中硫鐵礦的效果最為明顯。氧化鈣雖然能夠?qū)饘貱r的揮發(fā)起到很好的抑制作用,但與此同時(shí)極大的增加了灰渣中六價(jià)鉻物質(zhì)的比例以及Cr的可溶出性。硫酸銨和高嶺土使底渣中可溶出六價(jià)鉻的比例有小幅上升,但鉻元素的整體浸出比例有所減少。硫鐵礦使得灰渣中可溶性六價(jià)鉻及整體浸出均有所下降,硫鐵礦的存在極好的將鉻以難溶性化合物的形式固定在了底渣之中。通過模擬分析結(jié)合管式爐固定床、連續(xù)給料下吸式氣化爐實(shí)驗(yàn)研究,明確了垃圾在不同氣氛條件、不同添加劑作用下熱處置過程中重金屬Pb、Cd、Cr、Zn、Cu的形態(tài)變化和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氧濃度的增高使金屬Pb、Cd、Zn在底渣中的殘存率上升,揮發(fā)比例下降,而Cu在氧濃度較高的環(huán)境下更易揮發(fā)。氯化氫將大幅增加金屬揮發(fā)比例,氧濃度的增加會限制HCl的促進(jìn)作用。SO2的通入能夠改變金屬的冷凝特性減少氯化物的生成,但同時(shí)S02會與H2O和O2反應(yīng)抑制重金屬鋁酸鹽的生成以促進(jìn)揮發(fā)。二氧化硫的還原性也一定程度上促進(jìn)了重金屬的揮發(fā)。氨氣通過間接作用降低環(huán)境中氫離子活性從而抑制重金屬進(jìn)入氣相。CaO會促進(jìn)除Zn之外的金屬揮發(fā),包含Si02-和A1203-成分的礦物添加劑能夠促進(jìn)形成穩(wěn)定的金屬鹽類,是抑制生活垃圾熱處置過程中金屬揮發(fā)的有效手段。BCR連續(xù)提取實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),低空氣當(dāng)量系數(shù)下生成的飛灰的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更高。提高空氣過量系數(shù),飛灰中酸可溶解態(tài)Pb、Zn、Cr含量均有小幅下降而Cd則明顯增加；可還原態(tài)Cu降低9.95%,Cd、Pb、Cr有小幅增加而Zn則略有減少；各金屬的可氧化態(tài)比例均減少,其中Pb和Cr最為明顯；除Pb之外氧濃度的增加將使金屬更多的形成殘?jiān)鼞B(tài)。研究了下吸式氣化爐及兩段式爐排爐垃圾氣化對環(huán)境的影響,測試了飛灰底渣的浸出毒性以及氣相污染物的排放。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)重金屬Ni、Ba和Hg隨著過量空氣系數(shù)的增加飛灰和底渣中浸出毒性顯示出減小的趨勢。而重金屬Cu、Pb, Cd、Zn在過量空氣系數(shù)較大的飛灰底渣中更易浸出。氣化底渣不屬于危險(xiǎn)廢棄物而飛灰需特殊處置。實(shí)驗(yàn)研究了浮選酸洗復(fù)合工藝以及使用生物質(zhì)灰作為助熔劑這兩種方法降低飛灰穩(wěn)定化處置成本。在酸洗工藝中加入浮選作業(yè),能夠使易浸出的小顆粒在浮選上層灰中富集,浮選下層灰的酸洗處置時(shí)間將可以大大縮短,節(jié)省酸液使用量,提高處置效率,提升經(jīng)濟(jì)效益。通過添加生物質(zhì)灰,能夠大幅減少浮選上層飛灰熔融所需熱量,添加33%稻殼灰可節(jié)約能量300 kJ/kg,添加50%木炭灰可節(jié)約能量712 kJ/kg。
【圖文】：

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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X799.3

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本文編號：2598522