垃圾焚燒飛灰浸出行為與機(jī)理研究.pdf

1、近年來，我國日益關(guān)注危險(xiǎn)廢物的處置和利用過程中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題。作為一種典型危險(xiǎn)廢物-垃圾焚燒飛灰在處置過程中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也隨著焚燒技術(shù)快速推廣而備受關(guān)注，對焚燒飛灰在不同場景下的浸出規(guī)律的認(rèn)識是全面科學(xué)評價(jià)焚燒飛灰處置與利用過程中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的步驟。本文旨在研究焚燒飛灰中主要成分和重金屬的浸出行為與機(jī)理，探討焚燒飛灰在不同條件和不同時(shí)間尺度下的浸出動力學(xué)。 借助連續(xù)化學(xué)提取(SCE)的方法加速焚燒飛灰礦物相分級溶解，并結(jié)合XRF和XR

2、D分析飛灰主要成分與物相構(gòu)成，對焚燒飛灰中主要成分和重金屬的浸出過程進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)不同時(shí)間尺度的浸出行為控制過程不同：初始階段的表面溶解和擴(kuò)散是快速過程，主要由礦物相的溶解過程控制，浸出物的存在形態(tài)對應(yīng)于SCE中的水溶與可交換態(tài)；隨著時(shí)間的推移，酸溶相的中和過程逐漸控制了飛灰的浸出進(jìn)程，浸出物主要是以碳酸鹽和Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)形式存在；基體相的化學(xué)風(fēng)化過程控制了長期浸出過程，浸出物主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)形式存在。 采用批

3、試驗(yàn)的方法，研究了焚燒飛灰浸出測試中的主要控制因素對飛灰主要成分和重金屬的浸出行為的影響。結(jié)果表明：浸取劑種類、浸取劑pH值、液固比、浸取時(shí)間對焚燒飛灰初始階段的主要成分(Ca、K、Na和Cl)浸出影響很小，而重金屬的浸出能力受到以上4種控制因素不同程度的影響；浸取劑種類和浸取劑的pH值控制著批試驗(yàn)浸出體系的性質(zhì)，并對酸溶態(tài)的分解與浸出有很大的影響。采用柱試驗(yàn)和類柱試驗(yàn)的方法研究了過流系統(tǒng)中焚燒飛灰的浸出行為。過流系統(tǒng)中飛灰主要成分(C

4、a、K、Na和Cl)在浸取初期可以形成浸出高峰，峰面隨飛灰層厚度的增加而不斷升高，同時(shí)浸出峰隨時(shí)間的推移迅速減?。恢亟饘僭谶^流系統(tǒng)中也形成了浸出峰面，其變化規(guī)律與主要元素類似，只是浸出峰面隨時(shí)間推移而減少的速度較慢。經(jīng)過過流系統(tǒng)長期浸出后的飛灰在TCLP浸出測試中的浸出能力反而超過原灰，這與飛灰酸中和能力減弱有關(guān)。 利用“定pH值滴定”的方法，研究了分批式系統(tǒng)中焚燒飛灰酸中和能力，并與過流系統(tǒng)的酸中和過程進(jìn)行比較分析。在分批式系

5、統(tǒng)中，焚燒飛灰可溶相的快速溶解導(dǎo)致酸消耗量快速升高，含Ca成分的溶解消耗大量的H<'+>，當(dāng)焚燒飛灰中礦物的溶解進(jìn)程受到了限制時(shí)，酸消耗量趨于穩(wěn)定，浸出過程進(jìn)入基質(zhì)相破壞與溶解階段；由于過流系統(tǒng)中pH峰面的形成與遷移，批反應(yīng)系統(tǒng)中的酸中和容量的概念在過流系統(tǒng)中不適用。 在以上研究的基礎(chǔ)上，將試驗(yàn)研究與地球化學(xué)模型相結(jié)合，分析焚燒飛灰在不同時(shí)間尺度下的浸出機(jī)理與動力學(xué)模型。利用多相非催化反應(yīng)和核收縮模型分析了批試驗(yàn)中的重金屬浸出過

6、程機(jī)理，建立了一種可以預(yù)測不同液固比條件下重金屬浸出自抑制動力學(xué)模型，并以重金屬Pb為例，驗(yàn)證了重金屬浸出機(jī)理與模型的準(zhǔn)確性；飛灰浸出過程中長期的化學(xué)風(fēng)化緩慢而復(fù)雜，并受多種因素控制，構(gòu)建飛灰長期浸出模型需要考慮到水流傳質(zhì)、酸中和反應(yīng)、二次沉淀形成、碳酸化反應(yīng)、表面特征變化以及其他復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)等多個(gè)方面。總之，本文將試驗(yàn)研究與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，系統(tǒng)研究了焚燒飛灰在不同試驗(yàn)條件和不同時(shí)間尺度下的浸出行為與機(jī)理，這對全面科學(xué)評價(jià)焚燒飛灰處置