重金屬銅、鎳、鋅在生活垃圾焚燒過程中的遷移和轉(zhuǎn)化特性研究.pdf

1、經(jīng)濟發(fā)展以及人口增長使焚燒成為生活垃圾處置的重要手段之一，但是由此產(chǎn)生的環(huán)保問題現(xiàn)已成為社會上敏感的熱點話題，尤其是重金屬和二噁英的排放。我國生活垃圾中的重金屬含量較高，如果任意排放會導致環(huán)境中的積存，最終產(chǎn)生嚴重的二次污染。此外，飛灰中的銅還是二噁英生成的重要催化劑，具有較高的環(huán)境污染風險。
　　我國生活垃圾組成十分復雜，本文綜合考慮了物理組成、化學組成和痕量元素，給出了含重金屬生活垃圾的模擬方案。針對層燃爐排焚燒技術(shù)，設計了管

2、式爐焚燒實驗系統(tǒng)。參考美國環(huán)保署的標準Method5和Method29，建立了一套實驗室焚燒產(chǎn)物的采樣標準。借鑒土壤中重金屬的消解標準，以回收率為指標分別確定了適用于銅、鎳、鋅的消解方法。采用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜(ICP-AES)定量分析了焚燒產(chǎn)物中銅、鎳、鋅的含量。使用吉布斯自由能最小法建立了多相多組分熱力學平衡模型。本文以我國生活垃圾為背景，通過實驗研究和理論分析研究了銅、鎳、鋅在焚燒過程中的遷移和轉(zhuǎn)化特性，并取得了以下研究成

3、果。
　　首先研究了氯的形態(tài)、氯的濃度、焚燒溫度和停留時間對銅、鎳、鋅遷移和轉(zhuǎn)化特性的影響規(guī)律。無論是有機氯(PVC)還是無機氯(NaCl)對銅、鎳、鋅都有氯化作用，使其轉(zhuǎn)化為低熔點、低沸點的氯化物(CuCl、NiCl2、 ZnCl2)，促進重金屬向飛灰和煙氣中的遷移分布。焚燒溫度和氯的熱解特性協(xié)同作用影響重金屬的遷移和轉(zhuǎn)化。隨著溫度升高，PVC對銅的氯化作用減弱，而對鎳和鋅的氯化作用增強。當焚燒溫度超過NaCl的熔點后，升溫有助

4、于增強液相NaCl的傳質(zhì)擴散，從而促進銅、鎳、鋅的氯化和揮發(fā)。焚燒停留時間對PVC的氯化效果沒有顯著影響，而對NaCl影響顯著。
　　然后研究了硫的形態(tài)、硫的濃度、焚燒溫度及硫與氯協(xié)同作用對銅、鎳、鋅遷移和轉(zhuǎn)化特性的影響規(guī)律。單質(zhì)硫(S)易與銅、鎳、鋅形成不揮發(fā)的硫酸鹽，并隨著溫度降低越容易生成硫酸鹽。硫化物(Na2S)和硫酸鹽(Na2SO4)對爐渣明顯有助熔作用，阻礙了銅、鎳、鋅的揮發(fā)特性。S能有效促進無機氯分解，釋放出更多的C

5、l和HCl，增強了銅、鎳、鋅的揮發(fā)性。S與氯協(xié)同作用受溫度影響顯著，800℃時重金屬揮發(fā)率遠高于900℃和1000℃。Na2S和Na2SO4與氯協(xié)同作用的影響遠低于S，反而因為熔渣作用使得銅、鎳、鋅的揮發(fā)比率降低。
　　再后研究了水分對銅、鎳、鋅遷移和轉(zhuǎn)化特性的影響規(guī)律。煙氣中水分對重金屬遷移和轉(zhuǎn)化特性的影響主要體現(xiàn)為Cl與HCl、水解與氯化反應的平衡移動。而垃圾中水分更主要體現(xiàn)在對燃燒狀況的影響，垃圾中水分的降低可縮短著火、熄火

6、和燃盡時間，同時還可以大幅度提高燃燒溫度。
　　最后研究了無機物質(zhì)Al2O3、SiO2和CaO與氯協(xié)同作用對銅、鎳、鋅遷移和轉(zhuǎn)化特性的影響規(guī)律。有機氯PVC作用時，Al2O3可顯著減少銅、鋅的揮發(fā)，SiO2一定程度上減少鋅的揮發(fā)，Al2O3和SiO2對鎳的影響甚微。無機氯NaCl作用時，Al2O3和SiO2能有效促進NaCl氧化分解，從而導致銅、鎳、鋅的揮發(fā)比率顯著增加。CaO在脫酸的同時能有效降低重金屬銅、鎳、鋅的揮發(fā)。同時，C