石嘴山电厂煤中微量元素的迁移释放行为

应用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和原子荧光光谱（AFS）对中国西北部石嘴山电厂的原煤、底灰和飞灰中Hg、As、Se、Pb、Cr、Cd、Mo、Ni、Co、U和Th 11种微量元素的含量进行了测定。根据底灰和飞灰的产率, 结合微量元素在底灰和飞灰中的含量计算了电厂燃煤过程中微量元素的挥发性。结果表明, Hg、Cd、Se、As四种元素在燃煤过程的挥发率均在50%以上, 最高可达70%。通过对底灰和飞灰在酸性介质下的柱淋滤实验研究了底灰和飞灰中微量元素在60h内的迁移释放行为。Mn、Ni、Co、As四种元素的最大淋出率均超过2.0%, 最高接近10.0%, 并且还未达到淋滤平衡。根据微量元素的挥发和淋滤释放特性建立了电厂煤中有害微量元素在燃烧和淋滤过程中的释放分配模型。结果显示, 燃煤过程中的挥发是微量元素释放的主要形式, 部分元素的淋滤释放也可对周围水环境造成污染。
     

固体添加剂对垃圾掺烧污泥焚烧飞灰高温过程中重金属挥发特性的影响

在研究垃圾与污泥掺烧后焚烧飞灰中重金属浸出特征的基础上,重点研究了飞灰在1 000 ℃条件下高温处置过程中重金属(Cu、Zn 、Pb、Cd)随不同停留时间的挥发特性及添加剂(CaO、Al₂O₃、SiO₂、高岭土、粉煤灰)对重金属转化与挥发特性的影响。研究结果表明,飞灰中重金属Zn、Pb、Mn含量较高,Ni的含量较低,而毒性较大的Cd达到29.4 mg/kg。浸出液中七种金属都满足危险废物鉴别标准(GB5085.3-1996),并且重金属的浸出浓度受浸取时间及浸取液pH值影响较大。在同样的高温处置条件下,焚烧飞灰中不同重金属的挥发特性有较大的差别。其中,Pb表现出易挥发的特性,其挥发率超过80%,而Cu挥发性较小,其挥发率小于30%。综合来看,飞灰中重金属的挥发性大小依次为Pb>Cd>Zn>Cu。飞灰中添加Al₂O₃和高岭土可以抑制Cd的挥发,添加Al₂O₃后Pb的挥发率有所减少,添加SiO₂、CaO、高岭土、粉煤灰均使Zn的挥发率降低,而对Cu的挥发率没有抑制作用,这与飞灰中高Cl含量及各痕量元素化合物对固体添加剂活性位选择性的竞争吸附有关。     

城市生活垃圾焚烧飞灰重金属的浸出特性

对用流化床焚烧炉混烧垃圾和煤的布袋飞灰进行了重金属的TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)浸出特性实验，探讨了液固比、初始pH值及浸出时间对飞灰中重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn的浸出影响。结果表明，重金属的浸出量都随着液固比的增加而增加，其中Cr、Cu一般呈上升趋势，Cd、Ni、Zn在液固比大于20时曲线变化较平缓，Pb的浸出规律比较特殊，有一个明显的波峰和波谷。重金属在浸取液的pH≤2.90时的浸出浓度远远大于pH≥4.03时的浸出浓度。Pb、Cr、Zn随着浸出时间的增加，浸出浓度下降，而Cd、Ni上升，Cu是先上升后下降。在液固比、初始pH值及浸出时间这三个影响因素中，pH值对重金属的浸出影响较大，重金属在酸性环境下较易浸出。     

酸洗污泥与煤共燃烧过程中重金属的迁移分布研究

采用高温管式炉系统进行酸洗污泥与煤共燃烧实验。对共燃烧后As、Cr、Ni、Cd、Cu、Mn、Pb、Zn、Sb、Se重金属元素在烟气、飞灰及炉渣中的分配率进行分析。结果表明,Cd、Se、Zn是易挥发重金属,主要分布在烟气和飞灰中。Cd在烟气中的最大分配率为61%;Se在烟气中的分配率为38.58%~94.612%;Zn在低、高温段分别主要分布在烟气和飞灰中。As、Cu、Pb、Sb是半挥发重金属,Pb在炉渣中的分配率较稳定,分配率为42.67%~64.76%,在烟气和飞灰中的分配率波动较大,其分配率分别是14.176%~45.79%和9.78%~32.55%;Sb在烟气中的最大分配率为37.64%;温度升高反而会抑制As、Cu挥发,这与高温下As、Cu易与矿物质反应生成络合物有关。Ni、Cr、Mn属于难挥发重金属,绝大部分残留在炉渣中,且分配率对温度变化不敏感。赋存于炉渣中的Cr、Ni分别超过95%和97%;随着温度升高,Mn在炉渣中的分配率由71.46%增加到96.89%。     

城市污水污泥与固体垃圾混烧过程中重金属迁移特性的研究

通过城市污水污泥与固体垃圾合成样品在小型管式焚烧炉内的混烧实验,采集灰渣样品进行XRF化学成分分析和浸出毒性鉴别测试,结合污水污泥焚烧过程中热力学平衡计算,定量表征了污水污泥中Cu、Pb、Zn、 Mn、Ni在焚烧过程中向底灰、飞灰和烟气迁移的特性及对灰渣的毒性影响。研究结果表明,污水污泥混烧显著提高了飞灰和底灰中重金属含量,其中Zn和Pb增加量最大,而Ni、Mn、Cu依次减少;随着有机氯的加入,飞灰中重金属含量呈现递增趋势,其中Zn表现最明显。毒性测试结果显示,污水污泥的混烧也导致了垃圾焚烧飞灰中Zn和Pb的浸出浓度超过中国对危险废物浸出的控制标准值。同时,重金属迁移的热力学平衡模型预测结果与实验结果差距较大。这表明热力学平衡计算方法还需进一步考虑影响重金属氯化物形成的其他因素,如在焚烧过程中反应动力学、焚烧室内氧气含量变化、与其他元素间的化学反应等。     

煤中痕量元素在循环流化床锅炉中的迁移行为与富集特性

对天津市某电厂循环流化床(CFB)锅炉燃用的原煤及燃烧产物底灰、飞灰、细飞灰(≤50 μm)进行痕量元素含量的测定,分析了Be、Zn、Hg、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、As、Se、Cd、Pb 13种痕量元素在燃烧过程中的迁移行为,揭示了痕量元素在CFB锅炉中的分配、富集特性。结果表明,CFB锅炉中,较低的炉温对于痕量元素的迁移富集产生了较大的影响。由相对富集系数得知,Be、V、Co、Se在底灰中耗散,在飞灰中富集,Zn、Mn倾向于在底灰中富集,元素Cd、Pb、Ni、Cu挥发性较强,在底灰和飞灰中均是耗散。As受钙氧化物影响,挥发性表现并不明显。Hg在底灰和飞灰中相对富集系数均很低,表明Hg在整个燃烧过程中以气态形式排放;Hg、As、Se、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Pb均有向小颗粒物中富集的趋势。根据相对富集系数以及研究的13种元素在低温CFB锅炉中的迁移行为,将这些元素分为三类:A类(E_R<0.1),主要是以气态形式排放元素Hg;B类(0.1R≤0.85),较易挥发元素As、Be、Ni、Cu、Se、Cd、Pb、Co、V;C类(E_R>0.85),主要残留在固体产物中元素Zn、Mn、Cr。     

利用旋风炉玻璃化处理垃圾焚烧飞灰实验研究

在自行设计的旋风炉实验台上对焚烧飞灰进行玻璃化熔融实验,系统研究了焚烧飞灰熔融前后微观形貌、灰渣中重金属特性和浸出特性。实验结果表明,焚烧飞灰旋风熔融后成黑色的脆硬玻璃态熔渣,表层呈浅黄色。在熔渣中N i、Cr的固溶率最高,均超过95%以上;低熔点重金属多数挥发至熔融烟气和熔融烟道飞灰颗粒中,Cd的固溶率仅有21%,Pb和Zn部分固溶于玻璃态熔渣中,两者固溶率可达42%以上。Cu和As的固溶率分别为37%和18%。熔融后的玻璃态熔渣重金属浸出率明显低于熔融前的焚烧飞灰,且均低于美国EPA的标准限值。     

青海达坂山地区高山植物中重金属元素分布特征

分析了青海达坂山地区16种高山植物重金属元素含量。结果表明，9种重金属元素中Cr、Ni、CO3种含量高于陆生植物的正常含量值；Hg含量极少，在检测限以下；其余5种含量正常；同种元素含量种间差异不大，不同植物对于同种元素的累积比较均一，各种植物对As、Se、Sb3种元素的富集能力高于其它元素；植物中CO与Cr、Sb；Pb与Cd之间有很好的协同作用，而Se与Co、Cd、Sb有明显的拈抗作用。相关分析的结果表明，植物对重金属元素的吸收受土壤元素含量的影响。     

垃圾焚烧飞灰中重金属的热稳定化条件及机理

研究了生活-农业混合型垃圾焚烧飞灰与单一生活垃圾焚烧飞灰（简称混合型飞灰与单一型飞灰）热处理过程中的重金属挥发特性与稳定化效果，并结合FT-IR、XRD检测手段对稳定化机理进行了探讨。结果表明，单一型飞灰中重金属的挥发性普遍高于混合型飞灰，垃圾源氯含量对重金属的挥发性有明显影响。飞灰中Mn、Cr不易挥发，Zn、Cu较易挥发，Pb、Cd挥发性很强，热处理温度超过1 000 ℃时挥发率都超过50%。800 ℃为相对最优的热处理温度，兼顾了热处理过程重金属稳定化与抑制挥发。800 ℃以上时飞灰形成了稳定的硅酸盐结构体系，是重金属热处理后难以浸出的主要机理。     

燃煤烟气中As、Se、Pb的形态分布及S、Cl元素对其形态分布的影响

基于化学热力学平衡分析方法，计算分析了燃煤烟气中重金属As、Se、Pb的形态分布规律，研究了S、Cl等元素对As、Se、Pb的形态分布规律的影响。结果表明，氧化性气氛下，As以As₂O₅、As₄O₆、AsO等氧化物的形式存在；Se主要以SeO₂形式存在；Pb在1000 K以下主要是固态PbSO₄，1200 K以上为气态PbO。还原性气氛下，As在较低温度时为固态As₂S₂，900-1400 K以As₂、AsS、AsN气体共存，2000 K以上全部转化为气态AsO。Se在1100 K以下主要以气态H₂Se存在，1100 K开始生成SeS和Se₂气体，1800 K时主要是气态Se和少量气态SeO；Pb在中低温时主要是PbS，1800 K以上气态Pb为主要存在形态。S在还原性气氛下增大了AsS（g）、PbS（g）、SeS（g）的比例，氧化性气氛下对As、Se、Pb形态分布基本无影响；Cl无论在氧化还是还原气氛下对As、Se影响均较小，但对Pb的形态分布影响较大。     

Elemental characterization of coal ash and its leachates using sequential extraction techniques

Over 50 million tons of coal ash are produced annually in North America. Technological improvements in air pollution control have decreased stack emissions but have also increased contaminant concentrations in the ash of coal-fired boiler applications. The leaching of heavy metals and other elements during regulatory tests may cause coal ash ro be classified as hazardous waste, complicating land disposal. The hazardous nature of coal ash remains unclear because current toxicity tests fail to effectively characterize the elemental distribution and chemical solubility of trace metals in the landfill environment. Leaching characteristics of ash samples can be investigated with various laboratory extraction procedures in association with multi-elemental analytical techniques (e.g., neutron activation analysis and inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy). Such methods provide more thorough analyses of coal ash leaching dynamics than the regulatory assessments can demonstrate. Regulatory elements including Ag, As, Ba, Cd, Cr, Hg, Pb, and Se were shown to remain in largely insoluble forms while elements such as B and S leached at higher levels. Experimental results may assist operators of coal-fired boiler industries in selecting coal types and disposal options to curtail the leaching of potentially toxic inorganic contaminants.     

Evaluation of a mixed chelator as heavy metal stabilizer for municipal solid‐waste incineration fly ash: Behaviors and mechanisms

This paper compares the stabilization performances of three dithiocarbamate and three phosphate chemical stabilizing agents, selects the best agents from each group, combines them as a mixed heavy metal stabilizer for municipal solid‐waste incineration (MSWI) fly ash, and investigates the effectiveness of the mixed chelator in stabilizing heavy metals in MSWI fly ash from southwest China. The mechanism of stabilization is also analyzed. Results indicate that piperazine dithiocarbamate can stabilize Cd, Cu, and Ni effectively, while sodium dihydrogen phosphate can stabilize Pb better. With the addition of the mixed chelator (2% sodium dihydrogen phosphate and 1% piperazine dithiocarbamate), all the targeted heavy metal concentrations in the leachate were below the standards for pollution control on municipal solid waste landfill sites in China. The stabilizing agents combined with the heavy metals in fly ash could not generate insoluble crystals; however, the heavy metals could combine with the agents' effective groups, generating flocs in the pores or on the surfaces of the fly ash and offering significant densification. The mixed chelator could transfer heavy metals from unstable fractions to stable fractions, so the leaching of heavy metals from the fly ash was greatly decreased.     

Influence of several experimental parameters on As and Se leaching from coal fly ash samples

Coal fly ash leaching process for As and Se is studied. Environmental parameters such as pH, temperature, solid-liquid ratio, particle size and leaching time are taken into account in order to simulate As and Se leaching process for disposal coal fly ash. Analysis of reference materials was carried out by using of hydride generation coupled to atomic fluorescence spectrometry. Plackett-Burman experimental design is used to know the significative parameters, and Box-Behnken experimental design is used to refine the results obtained for these significative parameters. pH and temperature shown a hardly influence in leaching process. Furthermore, leaching time was also significative. According our results, it may be assumed that percentage of As and Se leaching in experimental conditions tested is relatively low for acidic fly ashes.     

垃圾焚烧飞灰颗粒的微观形态特征及能谱研究

利用SEM/EDX，观察了垃圾焚烧飞灰颗粒的微观形态特征，探讨了其主要组成元素及其质量分数。实验结果表明，飞灰颗粒形态多样化，其中以不规则形状聚合体居多，球形体、絮状集合体相对较少，少数颗粒为棒状集合体。球形飞灰颗粒很少有重金属分布，不规则形状聚合体或絮状集合体的表面易分布重金属。从飞灰颗粒表面、内部组成元素的质量分数来看，Si、Ca、Al为主要元素。飞灰颗粒表面、内部有重金属Pb、Cu等分布，局部测定点其质量分数可高达16.2%和14.5%。