城市生活垃圾(MSW)熱處理過(guò)程中重金屬的遷移與分布.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,城市生活垃圾產(chǎn)量也急劇增加。目前焚燒法處理城市生活垃圾已逐漸成為我國(guó)垃圾處理的主要手段之一,然而垃圾熱處理的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二次污染:飛灰、酸性氣體、顆粒物、重金屬及二噁英等物質(zhì)。因此在處理城市生活垃圾的同時(shí)如何減少污染物排放成為突出存在的環(huán)境問(wèn)題。基于國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,本文以垃圾模擬物和典型城市生活垃圾為研究對(duì)象,系統(tǒng)地研究了城市生活垃圾熱處理過(guò)程中鎘、鉛、鋅和銅四種重金屬的遷移行為,并對(duì)工業(yè)

2、垃圾焚燒爐的底灰和飛灰的物理化學(xué)形態(tài)進(jìn)行了分析,這對(duì)于掌握熱處理過(guò)程中重金屬的遷移規(guī)律和控制提供了重要的參考價(jià)值。
　　首先,為了減少實(shí)驗(yàn)影響因素和誤差,采用垃圾模擬物的方法研究重金屬的揮發(fā)特性。在實(shí)驗(yàn)室流化床臺(tái)架上研究了停留時(shí)間、氧化還原條件、HCl和SO2對(duì)Al2O3顆粒中負(fù)載的重金屬的揮發(fā)特性影響。結(jié)果表明氧濃度的增加不利于金屬氯化物從Al2O3顆粒中的揮發(fā)。而HCl則通過(guò)抑制重金屬鋁酸鹽及氧化物的生成促進(jìn)了重金屬的揮發(fā)。S

3、O2的存在同樣促進(jìn)了重金屬?gòu)腁l2O3顆粒中的揮發(fā)。
　　為了更好地研究重金屬的動(dòng)力學(xué)揮發(fā)特性以及更加深入研究重金屬的擴(kuò)散揮發(fā)機(jī)理,建立了數(shù)學(xué)模型模擬了熱處理過(guò)程中重金屬的釋放規(guī)律。模擬結(jié)果表明,擴(kuò)散系數(shù)D對(duì)重金屬CdCl2的揮發(fā)有非常重要的影響。隨著擴(kuò)散系數(shù)的增加,CdCl2的揮發(fā)率也隨之增加。孔隙率對(duì)CdCl2的揮發(fā)率的影響同樣很大。隨著孔隙率從0.2增加到0.68,CdCl2揮發(fā)率從20％增加到了40%。重金屬的揮發(fā)率隨著顆

4、粒粒徑的減小而迅速增加。顆粒粒徑的減小一方面能增加重金屬的最大揮發(fā)速率,另一方面能夠縮短達(dá)到最大揮發(fā)速率所需要的時(shí)間。
　　不同垃圾組份中重金屬的含量以及所存在的形態(tài)的不同,因而不同組份的垃圾在熱處理過(guò)程中重金屬的揮發(fā)特性差異很大。在研究了垃圾模擬物中重金屬揮發(fā)特性的基礎(chǔ)上,選取了不同種類的城市生活垃圾。在快速和慢速燃燒條件下,研究了新聞紙、竹筷、垃圾袋、PVC管及橡膠粉等五種典型城市生活垃圾在不同溫度下重金屬的揮發(fā)特性,并與90

5、0℃熱解條件下重金屬的揮發(fā)特性進(jìn)行了比較。研究表明,在快速燃燒條件下,溫度對(duì)新聞紙、竹筷和PVC管中重金屬的揮發(fā)率影響不大,而橡膠粉和垃圾袋中重金屬的揮發(fā)率則隨著燃燒溫度的增加而增加。所研究幾種垃圾組份中,PVC管和竹筷中重金屬揮發(fā)率最高,紙次之,而垃圾袋和橡膠粉最低。慢速燃燒條件下重金屬的揮發(fā)率要低于快速燃燒條件下重金屬的揮發(fā)率。對(duì)于新聞紙、垃圾袋和橡膠粉,熱解條件下元素鎘和鋅的揮發(fā)率要高于燃燒條件下鎘和鋅的揮發(fā)率。PVC管中由于含有

6、大量的有機(jī)氯元素,燃燒條件下能夠生成揮發(fā)性更高的金屬氯化物,因而在燃燒條件下重金屬的揮發(fā)率更高。而在熱解氣氛下,鉛和銅的揮發(fā)率要低于快速燃燒條件下鉛和銅的揮發(fā)率。
　　我國(guó)城市生活垃圾組份復(fù)雜,因而有必要研究不同垃圾組份混燒對(duì)重金屬的揮發(fā)特性影響。實(shí)驗(yàn)研究表明,摻燒不同組份的垃圾對(duì)底灰中重金屬的殘存率的影響并非簡(jiǎn)單的疊加。摻燒橡膠和垃圾袋后,元素鎘的殘存率略呈增加趨勢(shì)。摻燒橡膠和織物后,元素銅的殘余率變化不大。而摻燒垃圾袋則對(duì)鉛的

7、揮發(fā)有一定的抑制作用。各工況下鋅的殘存率要略高于鉛。摻燒橡膠、PVC管和垃圾袋后,元素鋅的殘存率大幅增加。摻燒橡膠后,元素銅的殘存率增加最大。而摻燒PVC管和垃圾袋后,底灰中銅的殘存率略有下降,表明塑料類垃圾中銅相對(duì)易揮發(fā)。
　　實(shí)驗(yàn)研究垃圾熱處理過(guò)程中重金屬的揮發(fā)行為與實(shí)際焚燒爐中重金屬的遷移行為有較大的差別。因而對(duì)武漢市某一流化床垃圾焚燒爐產(chǎn)生的底灰和飛灰的物理化學(xué)特性進(jìn)行了研究。研究表明重金屬主要富含在較細(xì)的底灰以及飛灰中。