生活垃圾焚烧飞灰的水洗及资源化研究

发布时间：2017-06-08 09:10

  本文关键词：生活垃圾焚烧飞灰的水洗及资源化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,垃圾焚烧以其减量化、无害化、资源化的优势,逐步成为我国生活垃圾处理的主流趋势。但是焚烧过程产生的大量飞灰富含高浓度的氯盐、高含量且极易浸出的重金属和痕量的持久性有机污染物(二恶英、呋喃),被世界各国列为危险废弃物。因此,飞灰在填埋和资源化前必须经过严格的处置。为使飞灰实现安全、经济的处置及利用,本文依托国家重点基础支持计划(973课题,2011CB201500),开展了生活垃圾焚烧飞灰的水洗及资源化的研究,主要研究内容及结论为：1)根据国内主流的两种焚烧技术和烟气净化工艺,选取机械炉排炉和循环流化床焚烧过程中的布袋除尘器飞灰为典型的垃圾焚烧飞灰,开展了飞灰特性分析。结果表明：飞灰中重金属以Zn、Cu和Pb居多,流化床炉飞灰中Cd、Cu、Pb、Ni的浸出毒性远超生活垃圾填埋标准值,而炉排炉飞灰中仅有Pb和Cd略超出标准值,二恶英毒性当量以PCDF的贡献率最高。浸出液pH对飞灰中金属浸出行为影响显著,总体在酸性条件下(pH3)浸出量达到最大水平,在pH7时,浸出浓度随着渗滤液pH的升高而减少,在pH为7-11时,除Cr有所回升外,其他重金属的浸出浓度微乎其微,pH11后,重金属金属Pb和Zn的浸出量急剧增加。MINTEQ模型化研究pH对飞灰中重金属浸出机制表明,pH主要通过改变重金属在浸出体系中的化学形态影响其浸出行为。2)针对两种炉型飞灰系统地开展了水洗过程对飞灰氯盐及重金属析出行为的研究,并针对高盐废水提出了“趋零”排放的构想。结果表明：飞灰中氯盐主要以NaCl、KCl、CaCl2、 CaClOH的形式存在,单次水洗氯的去除率可以达到92%(炉排炉飞灰)、73%(流化床炉飞灰),其中97%以上溶出物为氯化物,而Mg、Al、Fe及重金属的析出量极少。炉排炉飞灰水洗的最优条件是液固比为6,水洗时间为10min、振荡频率200rpm,无需二次水洗；而流化床炉飞灰最优条件为：一次水洗(液固比为4,水洗时间为30min,振荡频率200rpm)、二次水洗(液固比为4,水洗时间为30min,振荡频率250rpm)。pH是控制飞灰水洗过程中重金属(Pb、Cu、Zn、Cd)分布形态的重要因素,而Cl-对重金属Cd的形态分布也有着重要影响。水洗过程对飞灰中二恶英浓度及I-TEQ的指纹特征分布影响不大。水洗液的电导率与溶液cr的浓度也具有极好的线性相关性,电导率为实现水洗过程的在线监测及过程参数优化提供了可能。3)以流化床炉焚烧飞灰为例,开展了利用水泥和螯合剂制备免烧砖的资源化探索,分析了产品关键性能。同时利用改进的BCR多级连续提取法分析了资源化前后重金属的形态分布,通过风险评估准则和内梅罗综合污染指数对重金属的环境风险和生物有效性分别进行了单因素和综合性评估。结果表明：水泥基材对飞灰中Cu、Zn、Pb的固化效果最好,对Cr几乎无控制效果。水泥比例为30%时,重金属的浸出毒性在养护时间内均低于GB16889-2008的规定。随着水泥添加量的提高,免烧砖的抗压强度呈上升趋势,且养护时间的促进作用愈加明显,添加比例为30%时,28 d后免烧砖的强度可达到12.8MPa,35%时可达到混凝土用砖强度等级的MU15级。与原始飞灰相比,免烧砖中重金属在不同渗滤液pH下的浸出趋势并未改变,但浸出量显著下降,酸中和能力增加,安全范围变宽。原始飞灰中重金属Cd、Zn、 Cu的酸可交换态比例很高,分别48.0%、21.3%、20.7%,综合污染指数高达38.2,而免烧砖中Cd、Zn、Cu的酸可交换态部分降低两个数量级,均远低于1%,单一重金属污染指数下降了2个数量级以上,综合污染指数降为0.02,原因是重金属的形态由酸可交换态向可还原态和可氧化态的转变。螯合剂对于重金属的稳定具有强烈的选择性,其中TMT对Cu、Pb、Cd的稳定效果最好,DTC R以Cu、Pb最佳,水泥和螯合剂复合稳定时,水泥和螯合剂二者用量之间的关系并非线性,螯合剂在实现减容化和高稳定化的同时,也带来成本提高的问题。
【关键词】：生活垃圾焚烧飞灰 水洗 重金属 氯盐 免烧砖 浸出特性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-31
• 1.1 本文的研究背景及意义13
• 1.2 国内外的处置惯例13-15
• 1.3 飞灰的理化特性15
• 1.4 飞灰的处理技术15-23
• 1.4.1 分离萃取16-19
• 1.4.2 固化与稳定化19-21
• 1.4.3 热处理方法21-22
• 1.4.4 其他方法22-23
• 1.5 资源化利用途径23-28
• 1.5.1 水泥、混凝土及轻骨料24-25
• 1.5.2 路基和堤坝25
• 1.5.3 玻璃、微晶玻璃、烧结砖和陶瓷25
• 1.5.4 农业应用25-26
• 1.5.5 污泥调节剂26
• 1.5.6 吸附剂26
• 1.5.7 沸石26-28
• 1.6 处置系统的评价体系28-29
• 1.7 本文研究内容及技术路线29-31
• 2 实验材料与方法31-37
• 2.0 试验试剂31
• 2.1 原料采集31-32
• 2.2 理化特性分析32
• 2.3 重金属预处理及检测分析方法32-35
• 2.3.1 全量消解32
• 2.3.2 浸出毒性32-33
• 2.3.3 pH相关性33
• 2.3.4 重金属在不同渗滤液pH下的浸出机制及形态分析33
• 2.3.5 形态分布33-35
• 2.4 灰的水洗实验35
• 2.5 资源化利用实验35-37
• 2.5.1 免烧砖的制备过程35-36
• 2.5.2 抗压强度36-37
• 3 生活垃圾焚烧飞灰的特性37-44
• 3.1 飞灰基础特性37-39
• 3.2 二恶英39
• 3.3 重金属形态分布39-40
• 3.4 pH相关性及模型化40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 4 两种飞灰在水洗过程中浸出行为及脱盐特性的研究44-58
• 4.1 引言44
• 4.2 水洗时间44-46
• 4.3 水洗液固比46-50
• 4.4. 次水洗及三次水洗50-54
• 4.5 相关性分析54-55
• 4.6 废水处理问题55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 5 飞灰资源化利用途径初探58-70
• 5.1 前言58
• 5.2 单一水泥制备免烧砖的性能研究58-65
• 5.2.1 抗压强度58-59
• 5.2.2 浸出毒性59-60
• 5.2.3 不同pH下重金属的渗滤特性60-62
• 5.2.4 重金属形态分析62-63
• 5.2.5 重金属的环境风险评估63-65
• 5.3 水泥和螯合剂制备免烧砖的性能研究65-68
• 5.3.1 单一螯合剂稳定66-67
• 5.3.2 水泥与螯合剂协同稳定67-68
• 5.4 经济性分析68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 6 全文总结与展望70-73
• 6.1 结论70-71
• 6.2 创新性71
• 6.3 不足与展望71-73
• 参考文献73-80
• 在读期间科研成果80

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