垃圾焚燒飛灰殘留重金屬電動(dòng)去除技術(shù)研究.pdf

1、垃圾焚燒飛灰中的重金屬元素一旦釋放到環(huán)境中將會(huì)對土壤和水體造成嚴(yán)重的污染。為從根本上解決飛灰造成的環(huán)境安全問題，基于電動(dòng)去除技術(shù)能夠?qū)⒍嗫捉橘|(zhì)中的重金屬有效去除的特點(diǎn)，將其引入垃圾焚燒飛灰的無害化處置中。本論文針對重慶某垃圾焚燒發(fā)電廠的焚燒飛灰展開了一系列的電動(dòng)去除實(shí)驗(yàn)并對其機(jī)理進(jìn)行了科學(xué)探討。
　　1、對垃圾焚燒飛灰的物理與化學(xué)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，其物理特性包括顆粒粒徑、元素組成、物相結(jié)構(gòu)以及形貌特征等，其化學(xué)特性分析，包括浸出

2、毒性、化學(xué)形態(tài)等。飛灰的顆粒粒徑較小，絕大多數(shù)飛灰粒徑處于15～200μm。焚燒飛灰中的主要元素是O、Ca、Cl、K、Na、S、Si，重金屬元素主要為 Pb、Zn、Cd和Cu，并以氧化物、氯化物、硅酸鹽以及碳酸鹽的形式存在。絕大部分飛灰顆粒為微小顆粒，比表面積大，以不規(guī)則形狀聚合體居多。重金屬 Pb的浸出毒性為9.132mg/L，Zn的浸出毒性為124.385mg/L，Cd的浸出毒性為5.793 mg/L，Cu的浸出毒性為7.828 m

3、g/L。進(jìn)行形態(tài)分析，顯示Cd、Zn、Pb和Cu的酸可提取態(tài)的所占比例分別為57.3％、23.4%、21.4%和25.5%，極不穩(wěn)定容易在自然條件下釋放。
　　2、基于電壓梯度、處置時(shí)間和陽極槽電解液添加量三個(gè)因素，進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)，從正交實(shí)驗(yàn)極差和方差分析結(jié)果來看，電壓梯度和處置時(shí)間是影響鋅、鉛、鎘和銅脫毒效率的關(guān)鍵因素，而陽極槽電解質(zhì)溶液的添加量對脫毒效率影響不顯著。在最優(yōu)參數(shù)條件下，選擇鋁制電極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并與石墨電極做對比，結(jié)果

4、顯示鋁制電極條件下重金屬的脫毒效率要略高于石墨電極條件下重金屬的脫毒效率，但是鋁制電極腐蝕嚴(yán)重，且給系統(tǒng)帶入新的離子，為了避免其在電動(dòng)去除過程中與其他離子結(jié)合反應(yīng)，認(rèn)定惰性電極石墨電極作為系統(tǒng)電極更合適。
　　3、采用水洗、酸洗方法預(yù)處理飛灰后進(jìn)行強(qiáng)化電動(dòng)去除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在相同液固比和清洗時(shí)間條件下，對于水洗來說，清洗次數(shù)越多，電動(dòng)去除的脫毒效果越好，對于酸洗來說，在40%濃度的硝酸酸洗條件下，“酸洗+電動(dòng)去除”組合工藝實(shí)驗(yàn)的重

5、金屬的脫毒效果最好，其酸可提取態(tài)和可還原態(tài)的Zn、Pb、Cd和Cu所占比例與原樣相比均出現(xiàn)了明顯的下降，其中Zn和Cd的可氧化態(tài)所占比例與原樣相比也出現(xiàn)了明顯的下降。在相同液固比和清洗時(shí)間條件下，酸洗條件下重金屬的脫毒效率要高于水洗條件下重金屬脫毒效率。
　　通過添加乙酸，檸檬酸和EDTA（乙二胺四乙酸）做為添加介質(zhì)在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行電動(dòng)去除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明檸檬酸的脫毒效率高于乙酸和 EDTA的脫毒效率。Zn、Pb、Cd和Cu的酸

6、可提取態(tài)、可還原態(tài)所占的比例與原樣相比均有不同程度的下降，其中，僅檸檬酸處置條件下，Zn、Pb、Cd和Cu的可氧化態(tài)所占比例略微下降。
　　4、通過馴化適合浸出飛灰中重金屬的氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌，在不同的灰漿濃度1%、5%和10%條件下進(jìn)行重金屬浸出實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示相同灰漿濃度條件下，有菌條件下重金屬的浸出濃度明顯高于無菌條件下重金屬的浸出濃度。選取10%灰漿濃度，進(jìn)行微生物+電動(dòng)去除技術(shù)（EK）耦合實(shí)驗(yàn)，與單獨(dú)電動(dòng)去除技術(shù)

7、做對比，結(jié)果顯示有菌+電動(dòng)耦合方法脫毒效率高于單獨(dú)的電動(dòng)脫毒，表明電動(dòng)去除技術(shù)與微生物耦合技術(shù)在一定條件下是可行的。
　　5、自制圓柱體裝置中，陽極槽位于中心圓環(huán)，陰極槽位于外區(qū)域圓環(huán)，樣品區(qū)域位于中心圓環(huán)與外區(qū)域圓環(huán)之間。采用圓柱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電動(dòng)去除技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，使得樣品區(qū)域傳質(zhì)速率更加均勻的同時(shí)又能避免電動(dòng)去除的死角。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明重金屬的脫毒效率相對于傳統(tǒng)的長方體裝置有一定程度的提高，酸可提取態(tài)與可還原態(tài)的重金屬出現(xiàn)了明顯的下降

8、。圓柱體的設(shè)計(jì)為以后的工程實(shí)踐應(yīng)用也提供了理論依據(jù)。
　　6、通過對電動(dòng)去除技術(shù)重金屬運(yùn)移過程的數(shù)學(xué)模型的研究，推導(dǎo)污染物濃度與時(shí)間及空間關(guān)系的偏微分控制方程；利用Comsol軟件，選取適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和初始條件，對電動(dòng)去除過程中的流場變化情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明電壓梯度恒定條件下，電滲流流場的流速分量對于整個(gè)區(qū)域的流場擾動(dòng)明顯大于水力梯度流場的流速分量，表明了電遷移和電滲流是整個(gè)電動(dòng)去除實(shí)驗(yàn)的重要的影響因素。同時(shí)，利用示蹤污染