垃圾焚烧飞灰中重金属和有机污染物的亚临界水热控制技术研究

发布时间：2020-07-20 13:07

【摘要】：随着我国生活垃圾焚烧技术的广泛应用,垃圾经焚烧处理后飞灰产生量逐年递增。因飞灰中含有高浸出浓度的重金属以及高毒性难降解的多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)、二VA英类物质(PCDD/Fs),飞灰被列入我国《国家危险废物名录》(HW18)。如何安全有效地无害化处理垃圾焚烧飞灰已成为当前亟须解决的环境及社会问题。本实验依托重庆市基础科学与前沿技术研究专项(CSTC2017jcyjAX0035)开展了亚临界水热条件下对生活垃圾焚烧飞灰中重金属和持久性有机物(PAHs、PCBs)的无害化综合实验研究,本研究的主要内容及结论如下:(1)针对飞灰中玻璃相含量高且具有较强活性,但炉排炉+半干法烟气处理技术得到的飞灰中硅和铝含量低、钙含量高的特点,本文通过混合添加10%和30%的1:1(质量比)的粉煤灰和硅藻土和晶种作为硅铝调理剂调节体系钙硅铝比,并结合碱性亚临界水热条件探究飞灰中重金属的稳定和PCBs的降解规律。结果表明,混合添加硅铝调理剂后合成了雪硅钙石、加藤石等对重金属和有机物具有吸附稳定效果的硅铝酸盐类沸石晶体物质。水热反应后固相水热产物的Pb、Zn、Cu、Cr、Cd等五种重金属浸出毒性均显著降低至危险废物鉴别标准值以下,通过反应后液相中重金属的浓度测试发现混合添加硅铝调理剂和晶种能有效抑制重金属在水热过程中向液相中的迁移。反应后固相水热产物中PCBs的含量及毒性当量均呈现大幅度下降。对水热工艺实验参数研究发现,混合硅铝添加剂量为30%、温度为200℃和添加3%晶种时,重金属浸出浓度和PCBs的毒性均降至最低,Cu、Pb、Zn、Cr、Cd等5种重金属分别降低至0.08mg/L、0.27 mg/L、0.25 mg/L、0.35 mg/L和0.03mg/L,较原始飞灰降低了76.2%~98%,PCBs毒性当量降低至4.33×10~(-6)μg-TEQ/Kg,较原始飞灰降低99.9%。(2)对碱性亚临界水热条件下通过混合添加纯的硅源和铝源来调节体系中的元素比例的研究结果表明,体系中Ca/(Si+Al)和Al/(Si+Al)比值均影响着体系中沸石的合成种类,并间接影响重金属的稳定和PAHs的吸附降解。在高钙比值下水热产物中的晶体相以加藤石为主;高铝比值下水热残渣中的晶体相则以方沸石和加藤石为主。经水热反应后,固相反应产物中的重金属浸出浓度均降低至危险废物鉴别标准以下,同时能有效抑制重金属向水热液相中的转移。固相水热产物中PAHs的含量均出现不同程度的降低。结合固相中重金属浸出浓度和向液相中转移的重金属浓度可知,在Ca/(Si+Al)和Al/(Si+Al)比值分别为1.10和0.17时重金属稳定效果达到最佳,这可能与与在此比值下合成的雪硅钙石具有较强的出峰强度和较高纯度有关。此时PAHs的含量及毒性当量也分别降低了77%和67%,这表明较好的雪硅钙石合成条件有助于PAHs的降解,这可能是由于雪硅钙石具有相对较好的吸附效果,将少部分PAHs吸附在雪硅钙石晶格中;同时雪硅钙石合成效果的加强增加了重金属负载型雪硅钙石催化剂量从而体系中的PAHs降解量增加。(3)通过研究亚临界水热氧化技术对飞灰中PAHs的氧化降解规律及重金属稳定迁移特性的结果发现:经过采用30%H_2O_2为氧化剂氧化反应后固相水热产物中的PAHs含量及毒性当量均有效降低。由于在水热过程中随着氧化反应的进行体系中剩余PAHs与飞灰结合紧密,较难反应,因此随着氧化剂浓度增加PAHs的总量及毒性当量的降解幅度放缓。水热温度的上升促进PAHs降解反应的进行。在反应温度为200℃和氧化剂浓度为1mol/L时PAHs的总量及毒性当量均降至最低,分别降低86.5%和93%。另外,水热产物中重金属浸出浓度均有所降低,且低于危险废物浸出标准,同时能在一定程度上抑制重金属向液相中的转移。在经氧化反应后固相水热产物中并未出现明显的硅铝酸盐晶相的合成,因此对重金属的吸附稳定效果相对较弱,这与体系中Ca、Si和Al比例的失调有关。本研究探讨了多种亚临界水热工艺下重金属的稳定与有机物的降解效果,水热反应均可降低水热产物重金属浸出浓度,并抑制重金属向液相中的转移,同时可有效降解飞灰中的PCBs或PAHs物质降低其含量及毒性。本研究可为亚临界水热稳定飞灰中的重金属和降解持久性有机物提供技术参考和理论支持。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701
【图文】：

分子结构图,多氯联苯,分子结构

图 1.4 多氯联苯的分子结构[61]Figure 1.4 The molecule structure of PCBs可以被 1～10 个氯原子所取代，根据目的不同，理论上共有 209 种性质各异代位置为 2,2’,6,6’时称为邻位；3,3’,连接键旋转，当夹角为 0°时，称为共面同族体[60]，其相对分子质量在 188~357℃。在 209 种 PCBs 中，有 12 质与二VA英（PCDD/Fs）较为相近，hlorinated biphenyls, dl-PCBs)或共平。毒性当量计算方法可按照式（1-1）学性质极其稳定，在自然条件很难分辛醇水分配系数高、脂溶性好，容易

【参考文献】