垃圾焚燒飛灰殘留重金屬電動去除技術研究.pdf

1、垃圾焚燒飛灰中的重金屬元素一旦釋放到環(huán)境中將會對土壤和水體造成嚴重的污染。為從根本上解決飛灰造成的環(huán)境安全問題，基于電動去除技術能夠將多孔介質中的重金屬有效去除的特點，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去除實驗并對其機理進行了科學探討。
　　1、對垃圾焚燒飛灰的物理與化學特性進行實驗室分析，其物理特性包括顆粒粒徑、元素組成、物相結構以及形貌特征等，其化學特性分析，包括浸出

2、毒性、化學形態(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、處置時間和陽極槽電解液添加量三個因素，進行了正交實驗，從正交實驗極差和方差分析結果來看，電壓梯度和處置時間是影響鋅、鉛、鎘和銅脫毒效率的關鍵因素，而陽極槽電解質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，選擇鋁制電極進行實驗并與石墨電極做對比，結果

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重，且給系統(tǒng)帶入新的離子，為了避免其在電動去除過程中與其他離子結合反應，認定惰性電極石墨電極作為系統(tǒng)電極更合適。
　　3、采用水洗、酸洗方法預處理飛灰后進行強化電動去除實驗，結果表明在相同液固比和清洗時間條件下，對于水洗來說，清洗次數(shù)越多，電動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+電動去除”組合工藝實驗的重

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）做為添加介質在最優(yōu)實驗條件下進行電動去除實驗，結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%條件下進行重金屬浸出實驗，結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，進行微生物+電動去除技術（EK）耦合實驗，與單獨電動去除技術

7、做對比，結果顯示有菌+電動耦合方法脫毒效率高于單獨的電動脫毒，表明電動去除技術與微生物耦合技術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。采用圓柱體結構進行電動去除技術實驗研究，使得樣品區(qū)域傳質速率更加均勻的同時又能避免電動去除的死角。實驗結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、。圓柱體的設計為以后的工程實踐應用也提供了理論依據(jù)。
　　6、通過對電動去除技術重金屬運移過程的數(shù)學模型的研究，推導污染物濃度與時間及空間關系的偏微分控制方程；利用Comsol軟件，選取適當?shù)倪吔鐥l件和初始條件，對電動去除過程中的流場變化情況進行了數(shù)值模擬。結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區(qū)域的流場擾動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電動去除實驗的重要的影響因素。同時，利用示蹤污染