垃圾焚烧过程中铅和镉挥发特性及机理研究

发布时间：2017-04-02 07:00

  本文关键词：垃圾焚烧过程中铅和镉挥发特性及机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市生活垃圾产量不断攀升,许多城市已经出现了不同程度的“垃圾围城”现象。垃圾焚烧法,因其具有减容化、无害化、资源化等优点,已成为目前垃圾处理研究的重点。但垃圾焚烧不可避免地产生二次污染,尤其是其中的重金属污染,严重限制了垃圾焚烧技术的应用。本文通过实验和模拟计算相结合的方法,深入分析了重金属铅和镉的挥发特性及其影响机理。首先,在管式炉上研究了有机氯(PVC)和无机氯(NaCl)对重金属Pb、Cd动态挥发特性的影响。通过氯释放特性分析、低温氯化分析和相关物质的热重差热分析,获得了氯对Pb、Cd挥发影响的机理。实验结果表明,氯化物均能促进Pb、Cd的挥发,且PVC对Pb、Cd挥发的促进作用略强于NaCl,但是二者发生作用的机理完全不同。PVC通过释放含氯气体将Pb、Cd氯化为相应氯化物,从而促进Pb、Cd的挥发。NaCl不释放含氯气体,而是以SiO2、Al2O3为介质,直接氯化Pb、Cd,从而促进Pb、Cd的挥发。其次,在管式炉上研究了不同形态的硫(S、Na2SO4)对重金属Pb、Cd动态挥发特性的影响。通过硫化分析和相关物质的热重差热分析,获得了硫对Pb、Cd挥发影响的机理。实验结果表明,S会与Pb反应生成难挥发化合物从而抑制Pb的挥发；S与Cd反应微弱,而S在焚烧系统中燃烧增强了系统的还原性气氛,促进了CdO的还原反应,从而促进了Cd的挥发。Pb、Cd与Na2SO4均不发生反应,而是仍以PbO和CdO的形式存在。由于Na2SO4在焚烧系统中会吸热融化,从而略微抑制了Pb和Cd的挥发。最后,在实验研究的基础上,本文采用HSC chemistry 6.0软件模拟计算了气氛、温度、氯、硫和钙对Pb、Cd转化特性的影响。模拟结果与实验结果进行对比,进一步解释氯和硫对Pb、Cd挥发影响的机理。氧化性气氛下和还原性气氛下,Pb、Cd在系统中存在的形态不同。无论是氧化性气氛还是还原性气氛,氯都会使Pb、Cd向其氯化物形态转化,从而促进Pb、Cd的挥发。氧化性气氛下,硫会使Pb、Cd向其硫酸物形态转化；而还原性气氛下,硫使Pb、Cd向其硫化物形态转化。在氧化性气氛下,低温段Ca会结合Cl,从而阻止PbCl2、CdCl2生成。高温段CaCl2发生分解,Cl开始与Pb、 Cd结合生成PbCl2、CdCl2。低温段Ca会结合S,从而阻止PbSO4、CdSO4生成。在还原性气氛下,Ca始终结合Cl,阻止PbCl2、CdCl2生成。Ca不与S发生结合,对Pb、 Cd转化特性影响较小。
【关键词】：垃圾焚烧 铅 镉 挥发特性 机理研究
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 城市生活垃圾处理概况10-13
• 1.1.1 城市生活垃圾产量10-11
• 1.1.2 城市生活垃圾对生态的影响11-12
• 1.1.3 城市生活垃圾处理方式12-13
• 1.2 重金属的危害与迁移机理13-16
• 1.2.1 垃圾焚烧处理概况13-14
• 1.2.2 垃圾中重金属的危害14-15
• 1.2.3 重金属迁移转化机理15-16
• 1.3 垃圾中重金属特性国内外研究现状16-18
• 1.3.1 重金属挥发影响因素研究现状16-17
• 1.3.2 重金属控制技术研究现状17-18
• 1.3.3 重金属转化热力学模拟研究现状18
• 1.4 技术路线和研究内容18-19
• 1.5 小结19-21
• 第二章 垃圾焚烧过程中氯对Pb、Cd挥发特性研究21-34
• 2.1 实验部分21-25
• 2.1.1 实验样品制备21-22
• 2.1.2 实验装置22
• 2.1.3 实验步骤22-23
• 2.1.4 消解方法和数据测量23-24
• 2.1.5 实验误差分析24-25
• 2.2 实验结果及分析25-32
• 2.2.1 氯化物对Pb和Cd动态挥发的影响25-28
• 2.2.2 氯释放实验28-29
• 2.2.3 PVC对Pb和Cd的低温氯化分析29-30
• 2.2.4 热重差热分析30-32
• 2.3 影响机理分析32-33
• 2.4 小结33-34
• 第三章 垃圾焚烧过程中硫对Pb、Cd挥发特性研究34-41
• 3.1 实验部分34
• 3.2 实验结果和分析34-39
• 3.2.1 硫对Pb和Cd动态挥发的影响34-36
• 3.2.2 硫对Pb和Cd的硫化分析36-37
• 3.2.3 热重差热分析37-39
• 3.3 影响机理分析39
• 3.4 小结39-41
• 第四章 垃圾焚烧过程中Pb、Cd形态转化热力学模拟研究41-59
• 4.1 热力学平衡计算基本原理41-42
• 4.2 热力学平衡计算模型及条件42-43
• 4.3 热力学平衡模拟43-57
• 4.3.1 引入物质形态的筛选43
• 4.3.2 温度对Pb和Cd转化特性影响43-45
• 4.3.3 氯对Pb和Cd转化特性影响45-50
• 4.3.4 硫对Pb和Cd转化特性影响50-55
• 4.3.5 钙对Pb和Cd转化特性影响55-57
• 4.4 小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 本文结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间成果67

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