磷酸化稳定垃圾焚烧飞灰重金属效果及理论机制的研究

发布时间：2020-03-16 17:57

【摘要】：填埋、堆肥和焚烧是我国处理城市生活垃圾的主要方式。城市生活垃圾焚烧技术与填埋和堆肥相比具有无害化、减量化、资源化三大优点。因此,近年来,我国垃圾焚烧处理率迅速增长。2014年底,我国建成垃圾焚烧厂188座,焚烧处理总量为5330万吨,占无害化处理总量的32.51%。在“十三五”期间,焚烧处理能力将会进一步增长,预计到2020年,我国垃圾焚烧处理率将达到50%。然而,城市生活垃圾焚烧后会产生大量飞灰,垃圾焚烧飞灰中富集了大量重金属,若将其直接填埋,飞灰中易溶性的有害重金属成分会随着垃圾渗滤液重新进入环境并威胁生态环境安全。本论文对城市生活垃圾焚烧飞灰(MSWI fly ash)的理化特性,包括垃圾焚烧飞灰的化学组成、矿物组成以及不同标准下的浸出特性进行了分析。根据TCLP1311、HJ/T299-2007、HJ/T300-2007和HJ/T557-2009四种毒性浸出方法的浸出结果,发现垃圾焚烧飞灰中Pb、Ni的浸出浓度均超过生活垃圾填埋污染控制标准(GB16889-2008)的规定值,且固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法(HJ/T300-2007)、美国环保署的毒性浸出方法(TCLP1311)的浸出结果中Cd的浸出浓度超过生活垃圾填埋污染控制标准(GB 16889-2008)的规定值,由此可以判定垃圾焚烧飞灰属于危险废弃物,必须进行稳定化处理才可进行安全填埋或后续处置。本论文采用磷酸稳定飞灰中的重金属,探究不同磷酸添加量、不同温度以及不同液固比对磷酸稳定飞灰中重金属的影响,并对磷酸稳定飞灰重金属前后溶液中主要阴阳离子浓度的变化进行了探讨。发现反应温度为40℃,磷酸添加量为飞灰质量4%,液固比为3:1时,磷酸稳定飞灰中重金属的效果最好。而磷酸稳定飞灰重金属前后,溶液中主要阴阳离子的浓度都有所下降,说明飞灰中主要阴阳离子在磷酸稳定化处理过程中会参与反应并可能影响磷酸稳定飞灰中重金属的效果。综合磷酸对飞灰中重金属的稳定效果,本论文进一步探索磷酸稳定重金属的理论机制。经过对磷酸盐类物质与羟基磷灰石类物质对重金属稳定效果的比较,发现羟基磷灰石类物质对重金属的稳定效果远好于磷酸盐类物质。因此本研究对羟基磷灰石类物质稳定重金属的最优条件进行了探究,研究结果表明Ca/P为1.67,温度为40℃时,羟基磷灰石类物质对重金属的稳定效果最好,而且此稳定化产物在不同pH条件下都比较稳定。通过研究反应体系中主要阴阳离子对磷酸稳定重金属的影响,发现反应体系中的主要阴阳离子可能会取代羟基磷灰石类物质中Ca~(2+)与OH~-的位置,对羟基磷灰石类物质的合成造成影响,从而使羟基磷灰石类物质对重金属的稳定效果变差。综上可知,温度为40℃,磷酸添加量为飞灰质量4%,液固比为3:1时,磷酸对飞灰中重金属稳定效果较好,但远不及纯化学合成羟基磷灰石类物质对重金属稳定效果好,可能是因为飞灰体系中含有多种除Ca~(2+)、PO_4~(3-+)的阴阳离子(如Na~+,K~+,Mg~(2+),Cl~-,SO_4~(2-))会取代羟基磷灰石类物质中Ca~(2+)与OH~-的位置,从而影响羟基磷灰石类物质对重金属的稳定效果。
【图文】：

流程图,水泥固化,流程图

图 1.1 水泥固化流程图Fig. 1.1 The flow chart of the cement solidification 熔融固化法熔融固化法又被称为玻璃化技术，是目前世界上最先进的垃圾焚烧飞灰，熔融固化法是将待处理的飞灰在熔融炉内加热到 1400℃左右，进行高理，，经过一系列的程序将熔融的飞灰变为玻璃状硅酸盐形态，从而将易害组分包容在其中，实现飞回的资源化、无害化和减容化。熔融固化法优点：1）飞灰经高温熔融处理后，其容积可减少为原来的五分之一左右体的高稳定性可以确保固化体的长期稳定存在；3）可使用废玻璃渣等玻固化材料，处理飞灰的材料费用低。而熔融固化法的缺点是：1）需特殊备造价昂贵；2）操作管理复杂，需专业技术人员进行操作管理；3）运量能源且运行费用都高；4）对飞灰熔融处理后需要考虑废气的处理[33-3化法流程图如图 1.2 所示。

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重庆大学硕士学位论文论文的技术路线论文以理论分析和实验室实验为基础,对城市生活垃圾焚烧飞灰基本研究包括垃圾焚烧飞灰的化学组成、矿物组成以及不同标准下的浸出磷酸稳定化处理生活垃圾焚烧飞灰中重金属的效果以及磷酸化稳定制进行了研究，从而为为磷酸化稳定重金属提供理论依据。研究技术路线如图 1.4 所示
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X705

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