【摘要】：垃圾焚燒因?yàn)榫哂姓嫉孛娣e小、垃圾處理量大和減容率高的優(yōu)點(diǎn),所以在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。近年來,中國城市垃圾圍城現(xiàn)象日益嚴(yán)重,垃圾焚燒電廠建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展期。生活垃圾內(nèi)含有半揮發(fā)性有毒重金屬,如Pb和Cd等,容易在焚燒爐內(nèi)揮發(fā),在煙氣中冷凝,生成亞微米顆粒物,穿透除塵設(shè)備,直接排向大氣,從而對人體產(chǎn)生危害。本文以Pb和Cd為研究對象,探索二者在焚燒過程中的揮發(fā)特性及其排放控制。首先,基于最小Gibbs自由能方法和熱重分析,對Pb和Cd的多種純凈物進(jìn)行了熱力學(xué)和熱分析研究,得到了對應(yīng)的熱穩(wěn)定性和揮發(fā)動(dòng)力學(xué)。在空氣氣氛下、焚燒溫度區(qū)間內(nèi),氧化物和氯化物較為穩(wěn)定,其他考察的物質(zhì)均會(huì)轉(zhuǎn)化為氧化物。氯化物以及氧化物的初始揮發(fā)溫度高低順序?yàn)镃do(～1040℃)PbO(～860℃)CdCl2(～500℃)≈PbCl2(～500℃),揮發(fā)速率大小順序?yàn)镃dCl2PbCl2PbOCdO。氯化物的揮發(fā)性遠(yuǎn)高于氧化物。接著,基于最小Gibbs自由能方法,研究了焚燒爐內(nèi)Pb和Cd的物理化學(xué)狀態(tài)分布,得到了焚燒工況和輸入元素產(chǎn)生的影響及其作用機(jī)制。氧化性氣氛下提高溫度導(dǎo)致H20促進(jìn)Pb和Cd從氯化物向氧化物轉(zhuǎn)變；還原性氣氛下提高溫度導(dǎo)致二者從硫化物向單質(zhì)轉(zhuǎn)變。CaO可以作為脫硫劑阻止NaCl通過S02釋放C1,也可以作為脫氯劑吸收Cl,但在800℃以上無效。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),模擬垃圾表面和內(nèi)部的還原性氣氛將重金屬還原為單質(zhì)氣體從而降低初始揮發(fā)溫度。添加PVC和NaCl對重金屬的揮發(fā)促進(jìn)作用相近,但過程和機(jī)理不同。PVC在300℃的C1釋放導(dǎo)致重金屬低溫氯化,NaCl則在800℃左右通過Si和A1直接氯化重金屬。CaO在700℃之前可以阻礙PVC產(chǎn)生的低溫氯化,但對NaCl產(chǎn)生的高溫氯化無效。然后,基于對焚燒爐內(nèi)重金屬揮發(fā)特性的深入理解,對焚燒爐內(nèi)高嶺土控制重金屬排放進(jìn)行了理論研究。基于第一性原理,通過量子化學(xué)計(jì)算,研究了高嶺土吸附Pb和Cd蒸汽的機(jī)理。高嶺土依靠A1表面的不飽和A1原子和O原子進(jìn)行吸附,吸附產(chǎn)物穩(wěn)定性順序?yàn)椋貉趸锫然飭卧印Ｑ趸镎羝接捎?O-.Al鍵而穩(wěn)定不易脫附,試驗(yàn)中CdO捕集效率低于PbO由物理擴(kuò)散導(dǎo)致而與分子層面的化學(xué)吸附無關(guān)。氯化物分子吸附通過高活化能的HCl釋放步驟轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定氧化物吸附,試驗(yàn)中CdCl2捕集效率低于PbCl2由中間產(chǎn)物脫附能力差異導(dǎo)致。最后,使用小型流化床焚燒爐試驗(yàn)臺焚燒模擬垃圾,研究高嶺土捕集亞微米Pb和Cd的過程和性能。捕集過程分為：(1)蒸汽化學(xué)吸附；(2)顆粒間粘附團(tuán)簇；(3)表面粘附重金屬納米顆粒物；(4)被除塵設(shè)備捕集。Pb的化學(xué)吸附和促進(jìn)粘附能力均強(qiáng)于Cd。從捕集效率角度評價(jià),提高溫度有利于提升捕集性能,但添加量存在性能極限。從毒性排放控制角度評價(jià),提高溫度無法提升性能,但增加添加量未出現(xiàn)極限�；诹孔踊瘜W(xué)研究結(jié)果的酸改性方法可以有效提升高嶺土性能。
【圖文】：

及有關(guān)法律法規(guī)規(guī)定為城市生活垃圾的固體廢物，通常由市政姐織清理清運(yùn)和處理處置，逡逑長期無人管理將對生活環(huán)境Ｗ及城市居民身體健康產(chǎn)生危害。隨著城市化率的提高、城鎮(zhèn)人逡逑口的增長，全國城市生活垃圾清運(yùn)量穩(wěn)步上升，，如圖１－１所示Ｐ１。逡逑２．０］邋—0＿城鎮(zhèn)化率邐—城鎮(zhèn)人口邐Ｉ邐［垃圾清運(yùn)量邐］６０邐－．８逡逑邐邐＇．…＇邋．逡逑邐逡逑孒邋１邋６－．邐邐．．．邐…邐—５０邐＾邋－邋６邋：逡逑嘗邐邐Ｉ＿Ｉ邐邐．菱．公逡逑ｉ．邋邐Ｉ邋Ｉ￣￣Ｉ邐邐邐邐黎－文逡逑冀邐蓄邋慧逡逑貸１．２＾－

本文編號：2674873