固体废弃物焚烧过程中砷、硒、锑的释放和吸附机理研究

发布时间：2020-11-17 15:25

　　 焚烧是一种具有较好减容效果、消毒彻底且易实现资源及能量回收利用的固体废弃物处理方法。然而,固体废弃物焚烧过程中会伴随痕量元素释放,尤其是易挥发痕量元素As、Se、Sb,难以被除尘装置有效捕获,对人类健康和环境有很大危害。因此,研究固体废弃物焚烧过程中易挥发痕量元素的释放特性及吸附机理具有重要的意义。本文应用自行开发的烟气痕量元素在线检测方法,分析了固体废弃物焚烧烟气中As、Se的释放特性。实验用固体废弃物在流化床中以600℃~850℃的温度条件下进行焚烧。根据在线检测实验结果获得了固废焚烧过程中As、Se的瞬时释放速率,得到不同工况下As、Se释放的动力学参数(活化能、指前因子等),并得到其释放所遵循的机理函数表达式,建立了固废焚烧过程中As、Se释放的动力学方程。结果表明:较高的反应温度促进了As、Se的释放及转化。同时,考虑了氯的存在对As、Se释放的影响,氯对不同元素的作用效果不同。在600℃~850℃氯对As的释放均有促进作用,而对Se的促进作用主要体现在高于700℃温度段。通过热力学方法分析了As、Se的迁移转化规律,结果表明As、Se在释放过程中易与某些矿物质元素反应形成稳定的化合物(如Ca_3(AsO_4)_2、CaSeO_4等),这也使得As、Se会以不同的比例及形态分布于气相或固相产物中。目前尚缺乏关于易挥发痕量元素Sb释放规律的研究,本文应用烟气痕量元素在线检测方法采集了焚烧条件下固体废弃物热处理烟气中Sb释放的实时浓度数据。根据反模型方法求得Sb的释放速率,最终得到焚烧条件下固体废弃物烟气中Sb的释放动力学方程,预测了Sb的释放规律及动力学特性。结果表明:较高的反应温度有利于Sb以气相的形式挥发出来,所建立的动力学方程可以较为准确的描述固废焚烧烟气Sb的释放特性。同时,考察了气氛的变化对Sb释放的影响,两种工况比较而言,燃烧比气化气氛更易使得固体废弃物样品反应完全,释放至气相中Sb的比例更高。在850℃时,Sb在燃烧条件下的释放率约为气化条件下的两倍。热力学结果表明,Sb可与灰中的Ca发生反应,形成稳定的Sb-Ca化合物Ca_3(SbO_4)_2。Sb对Ca、Fe有较强的亲和性,基于量子化学密度泛函理论从原子层次对CaO、Fe_2O_3吸附剂对Sb的吸附机理进行了理论研究。考虑吸附位点、覆盖度、Sb的不同化合形态对Sb的吸附特性的影响。结果表明:Sb原子主要以化学吸附方式与CaO表面O顶位作用,吸附能可达到-222.94 KJ/mol。不同覆盖度的作用结果不同,双原子Sb在CaO表面不同的O吸附位点的组合,其吸附能大小也会有所不同。三原子Sb的吸附效果为两种双原子吸能效能的叠加。同时,CaO对Sb及其化合物的吸附作用效果不同,强弱顺序为:SbSbClSbO。在研究Sb在Fe_2O_3表面的吸附特性时发现,单原子Sb在O位点及Fe位点的吸附均属于较强的化学吸附,吸附能分别为-291.08 KJ/mol和-205.30 KJ/mol。其中,Sb在O位点形成了桥位键使得吸附作用更强。对于Sb化合物在Fe_2O_3表面的吸附强度,吸附能大小的顺序为SbSbClSbO。SbCl同Sb单质吸附位点相同,但吸附能略低于单原子吸附。说明Cl的存在可使得Sb会以更易挥发的氯化物的形式释放至气相中。不同的覆盖度下Sb单质及Sb化合物均与Fe_2O_3表面有较强的相互作用。该理论研究为固废热利用过程中Sb的吸附控制提供理论指导。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X705
【部分图文】：

代谢、神经系统及环境生态系统均具有很大的毒性及危害。因此，掌握烧过程 As、Se 的释放规律有助于 As、Se 排放特性及控制技术的研究与本研究采用电感耦合等离子体原子发射光谱技术 (ICP-OES) 有助于了解实时释放特性，动力学方程则可以进一步预测 As、Se 的释放规律及动力学细介绍了在线检测系统实验设备及校准方式，研究了固体废弃物焚烧e 的释放行为及动力学特性。同时，也考虑了固体废弃物中存在的 PVC As、Se 的释放影响。采用实验研究与热力学分析相结合的方法，探究As、Se 的释放特性差异。验系统及研究方法烟气在线检测系统文所采用的在线检测系统装置如图 2-1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2887662