垃圾焚烧氯对重金属迁移特性的影响

在管式反应炉上，通过加入有机氯（PVC）和无机氯（NaCl）研究了垃圾焚烧时氯对重金属迁移特性的影响。结果表明，在低温下，氯对重金属的挥发几乎没有影响，只有在较高的反应温度下氯才会对重金属的挥发特性产生影响，且垃圾焚烧过程中氯的存在使重金属更易向飞灰或烟气中迁移，垃圾中有机氯对重金属迁移特性的影响要大于无机氯。氯的存在会显著改变分布在飞灰和烟气或底渣和飞灰之间的重金属的分布特性。     

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。     

生活垃圾流化床热处置中重金属迁移分布研究

在流化床实验装置上研究模拟生活垃圾热解、气化、焚烧等热处置过程中重金属Cd、Pb、Zn及Cu的迁移转化,分析氧化还原气氛及温度对重金属挥发特性的影响。结果表明,高温及还原性条件促进了Cd、Pb及Zn的挥发;而氧化性气氛有利于Cu的迁移。热力学平衡模拟结果表明,金属在氧化和还原气氛下的转化途径不同。在还原性气氛下,金属主要以元素态单质或硫化物的形式存在,其熔沸点高低决定了金属挥发程度。反之,CuCl_3等氯化物的生成促进了Cu在氧化性气氛下的挥发。金属基反应在氧化性气氛下得到加强,提高了Cd、Pb及Zn向气相产物转化的起始温度。进一步考察重金属在不同组分的分布及富集规律,大部分以气相形式挥发的重金属易在降温过程中冷凝并富集于飞灰。气流夹带亦是导致重金属迁移的重要原因,流化床的高气速特性对重金属分布有显著影响。     

城市生活垃圾焚烧体系化学热力学平衡分析

采用化学热力学平衡分析方法，分析城市生活垃圾焚烧体系污染物的排放特性。主要计算了聚氯乙烯（PVC）及典型城市垃圾焚烧过程氯元素的化学平衡组成及其浓度，同时研究了脱氯剂对PVC及垃圾中氯转化的影响。计算结果表明，PVC热态反应的主要产物是HCl气体，在加入脱氯剂后温度低于600℃时，脱氯剂对HCl的脱除作用很明显；城市生活垃圾热解和燃烧过程中在温度超过600 ℃，垃圾中的有机氯和无机氯都将转化为HCl气体，而此时脱氯剂失去效果。由计算结果得到控制HCl生成，消除二口恶英污染物的生成反应工艺条件。     

氯化介质中PbS固体表面的氯络合-溶解行为

对硫化铅固体表面的氯络合-溶解行为进行了研究。溶液化学计算考察颗粒表面固体反应产物(PbCl2)的生成与溶解情况表明,饱和氯化钠介质中PbCl2主要以[PbCl4]2-络合物的形式存在于溶液中,氯离子组分总浓度[Cl-]T=0·918mol/L时,PbCl2能较好地呈固态晶体析出,[Cl-]T>0·918mol/L时PbCl2晶粒因氯络合作用而溶解。通过Tafel实验进一步分析了PbS固体表面的腐蚀溶解行为,结果显示,当CFe3 ≤6×10-4mol/L时,腐蚀速度对Fe3 存在很强的依数性,浓度增加,腐蚀速度快速提高;CFe3 >6×10-4mol/L,有钝化现象发生。NaCl的加入,溶液相Cl-活度增加,PbCl2快速溶解,腐蚀反应加快。     

污泥焚烧中铅的形态转化及脱除的热力学平衡研究

利用热力学平衡模型预测了污泥焚烧过程中铅的形态转化和迁移规律, 并采用系统吉布斯自由能最小的原理对Al₂O₃, SiO₂, TiO₂和CaO 4种吸附剂吸附污泥燃烧中铅的效果进行了模拟计算. 探讨了痕量元素Pb与S, Cl的相互作用及S和Cl的存在对吸附剂与Pb反应的影响. 研究结果表明, 污泥焚烧中Pb的形态转化受到S, Cl及矿物质的影响较大. 有S存在情况下, Pb在低温条件下主要以固态PbSO₄存在, 温度较高时以气态PbO存在; Cl较易和Pb结合形成低沸点的金属氯化物而导致Pb的挥发, 并且Cl含量的增加会加速Pb的挥发. 4种吸附剂对污泥焚烧中Pb都有一定的脱除能力, 其中Al₂O₃可以在较宽温度范围对Pb进行捕集, 而CaO对Pb的化学吸附能力较差. 由于S, Cl与Pb有更强的反应性, 因此S, Cl的存在对吸附剂与铅的反应有抑制作用, 使有效吸附的温度范围变窄, 吸附效率降低, 甚至失去脱除Pb的能力, 并且Cl的影响大于S.     

燃烧过程中碱/碱土金属对重金属迁移转化影响的研究进展

碱/碱土金属广泛存在于各种固体燃料中，在燃烧过程中碱/碱土金属与燃料中重金属及其他矿物发生复杂的物理化学反应，从而影响重金属的迁移和转化。本研究主要介绍了碱/碱土金属对As、Se、Pb和Cr四种重金属迁移转化的影响规律，包括碱金属和碱土金属对重金属迁移转化的影响，颗粒物团聚与黏结对重金属排放的影响三个方面。碱/碱土金属能够抑制重金属的挥发：碱金属与Cl元素的结合，降低了PbCl₂的生成；碱金属的存在有利于提升高岭土对Pb的吸附效率；碱/碱土金属可以与As和Se形成稳定的化合物。但同时需要注意碱/碱土金属与Cr的部分结合产物中，Cr以六价态存在，具有较高的毒性。碱/碱土金属对于团聚现象发生，分别起到了促进和抑制作用，适当含量的碱金属有利于减少重金属的释放。通过总结碱/碱土金属对重金属迁移转化的影响规律，以期为降低重金属的危害提供思路。     

木屑焚烧过程中氯化氢排放特性研究

在小型管式炉进行了含氯垃圾(木屑)中氯化物析出试验，研究了氯析出过程中的几个因素(燃烧温度、停留时间、燃烧气氛、烟气中水蒸气含量)对反应的影响，确定了木屑反应的动力学方程式。得出如下结论：燃烧过程中Cl-HCl的转化率随燃烧温度的升高而显著增加；随停留时间的增加，HCl的析出存在两个明显的析出峰，这就清楚地说明至少有两种以上形式的氯存在于木屑中。氧化性气氛对氯化物生成影响不大，随炉内气氛由弱还原性气氛向强还原性气氛的转化，氯析出率明显降低；水蒸气的存在明显加速垃圾中氯的析出。木屑燃烧过程中，氯析出反应为零阶反应。     

O2/CO2气氛下污泥/煤混燃中半挥发性重金属的释放特性

在固定床焚烧实验装置上,采用正交实验法研究了焚烧温度(t_c)、污泥掺混比(X_s)、O_2体积分数(φ_(O2))、初始含水率(φ_(H2O))、焚烧时间(τ)和含氯量(φ_(Cl))六个因素对O_2/CO_2气氛下污泥/煤混燃中半挥发性重金属(Zn、Pb、Cd、Cu、Ni和Cr)释放特性的影响。结果表明,六种因素对重金属释放率影响程度排序为t_cX_sφ_(H2O)φ_(O2)≈τφ_(Cl)。相同焚烧工况下,Zn释放率最大,Pb和Cd次之,Cu、Ni和Cr较小。提高温度会促进重金属释放,且高温(1000-1100℃)对重金属释放的影响显著强于低温(700-900℃)。随着温度由700℃升高至1100℃,Zn和Pb释放率分别由36.1%和12.2%上升至70.9%和63.5%,Cd在900℃下达到40.0%的最大释放率,而Cu、Ni和Cr释放率大都维持在20.0%以下,温度对重金属释放率影响程度排序为PbZnCdCuCrNi。重金属释放率随着污泥掺混比增加逐渐下降,却随着初始含水率增加呈现波浪式变化趋势,且在30%O_2体积分数下重金属释放率取得最小值。焚烧时间和含氯量对Pb释放的影响程度显著强于其他五种重金属。O_2/CO_2气氛下污泥/煤混燃的最佳工况为:焚烧温度为900-1000℃、污泥掺混比为25%左右、O_2体积分数为30%、初始含水率小于10%,并尽可能的缩短焚烧时间。     

大同烟煤增压富氧燃烧过程中硫、氯和氟的析出特性

利用高压热重结合傅里叶红外研究了大同烟煤在增压富氧燃烧过程中硫、氯和氟的释放行为,主要考察压力对其析出特性的影响。实验结果表明,压力的改变对煤中硫、氯和氟的迁移转化均有显著影响。随着压力的升高,黄铁矿硫向COS等中间产物的转化率逐渐增加,导致SO2的收率逐步上升,但在3 MPa时,燃煤SO2收率却有所降低。此外,压力升高后反应气氛中CO分压的增加促进了COS的生成,导致其收率逐渐上升。因为煤中有机氯析出和转化与挥发分的释放密切相关,所以高压下挥发分释放量的增加使得煤中有更多的有机氯析出并转化为HCl,而且压力升高后,挥发分燃烧速率和温度的升高促进了无机氟化物分解,HF生成量相应增加。此外,高压下水解反应的强化也提高了HF的收率。     

Hydration Behaviour of Mixtures of Cement and Fly Ash with High Sulphate and Chloride Content

DTA/TG thermoanalytical investigations and X-ray diffractometry were carried out which demonstrate the effect of MSW fly ash on the hydration reactions of pozzolanic cement. The MSW fly ash has high content of calcium sulphate, alkali chlorides and heavy metals. During the first curing period the calcium aluminate reacts with the sulphate to form ettringite. In that period also the presence of syngenite is noted in the pastes. With the growth of the fly ash content of the mixture there is a lengthening of the period in which the hydration reactions of the calcium silicates are inhibited. Subsequently with the progress of hydration in the pastes the CSH phase develops and the formation of calcium chloroaluminate phase is observed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

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。     

Fly ash with high sulphate and chloride content: solidification and stabilisation using hydraulic lime

This paper examines the solidification/stabilisation treatment of two fly ash samples from a Municipal Solid Waste (MSW) incineration plant using a lime-pozzolan binder. The two examined fly ash samples were characterised by a high chloride and sulphate content and by a significant concentration of heavy metals. The effective development of hydrate phases during hydration of hydraulic lime-fly ash mixtures allows us to stabilise numerous pollutants in hardened pastes. The release of pollutants into the leachants is limited and decreases with the curing period of the pastes.     

Fly ASH Reactivity. Formation of hydrate phases

In this study the process of hydration of fly ash, produced by a municipal solid waste (MSW) incinerator, is examined in water and in a solution enriched with Ca(OH)₂. The examined fly ash samples are characterized by a high content of alkaline chlorides and anhydrite and by remarkable amounts of heavy metals. Investigations using differential thermal analysis/thermogravimetry (DTA/TG) and X-ray diffractometry (XRD)show particular kinetics of the formation of the ettringite phase. The development of such a hydrated phase is much more intense in the presence of an excess of Ca(OH)₂so as to consume the ‘free’ sulphate in the case of the more reactive fly ash. Experimental results from thermal analysis and X-ray diffractometry show the presence of different hydrated phases during the interaction between fly ash and aqueous solution. The analytical determinations, related to the aqueous solution, point out an interesting decrease in concentration of metals Pb, Zn and Cr(VI), relating to the middle period of the interaction. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

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。     

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。     

Hydration behaviour of a lime-pozzolan cement containing MSW incinerator fly ash

A lime-pozzolan cement was used to make pastes containing different quantities of MSW fly ash. After setting, the pastes were cured in water at room temperature from 1 h to 260 days. The hydration characteristics and the nature of the hydration products of the various pastes were studied by simultaneous TG/DSC thermal analysis and X-ray diffractometry. The MSW fly ash was found to induce a slowing of the hydration process in lime-pozzolan pastes, and after some days an evident acceleration of hydration reactions occurred. Sulphate and chloride in the MSW fly ash yield hydration products forming a cementitious matrix.The author is grateful to D. Calabrese for assistance with the thermal and XRD analyses.     

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%。