垃圾焚烧飞灰脱氯及水热稳定重金属的研究

作     者：宁高朋 

作者单位：景德镇陶瓷大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏光华;周正元

授予年度：2024年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：飞灰 水洗脱氯 水热 重金属 浸出浓度 

摘      要：近年来我国城市生活垃圾焚烧处理率的占比逐年增加,垃圾焚烧飞灰的产生量也在逐年增多。飞灰中含有氯盐、重金属、二噁英等污染物,会对环境造成较大危害,因此如何妥善处置焚烧飞灰已成为当下亟待解决的问题。氯盐的存在会影响飞灰的稳定化处理效果,本文先通过正交实验研究不同水洗实验参数（转速、水洗时间、液固比）对氯盐脱除效率的影响,再利用水热法处理水洗飞灰,探究了硅铝添加剂（如废瓷粉）添加量、水热温度、水热时间对飞灰中重金属稳定化效果的影响。本文主要的研究内容及结论如下: （1）分析了飞灰和废瓷粉的基本特性。飞灰中Ca和Cl的含量较高,分别为31.36%和14.87%,Si O和AlO含量较低仅为4.88%与0.88%,而废瓷粉中Si O和AlO含量高达70.28%和18.96%。废瓷粉的化学组分与飞灰的互补,可以弥补飞灰水热过程中硅铝的不足。飞灰中重金属Zn、Pb和Cu的含量较高分别为6813.72、1486.57和817.35 mg/kg,Cd、Cr、Ni的含量较低为46.95、121.73和6.18 mg/kg。其中Pb和Cd的重金属浸出浓度超过了标准限值的29.7倍和4.8倍。 （2）水洗预处理过程中液固比是影响飞灰脱氯效率的最主要因素,其次是水洗时间,球磨转速的影响较小。最佳水洗条件为球磨转速500 r/min、水洗时间30 min、液固比8 m L/g,对氯的脱除效率达到了90.8%。从水洗前后飞灰的微观形貌和物相组成可知,水洗后飞灰表面附着的颗粒基本消失,XRD谱图中的Na Cl、KCl和Ca Cl OH衍射峰消失。水洗后飞灰重金属Cu、Zn和Pb的浸出浓度分别为14.933 mg/L、70.854 mg/L和4.562 mg/L,Cd、Cr和Ni的浸出浓度分别为0.796 mg/L、0.287 mg/L和0.220 mg/L,其中Pb和Cd的重金属浸出毒性依然超过标准限值（0.25 mg/L和0.15 mg/L）的17.3倍和4.3倍。 （3）废瓷粉添加量、水热温度和水热反应时间对水热飞灰中重金属元素的浸出毒性有较大影响。水热飞灰中观察到片状、条状以及花瓣状结构,XRD谱图中出现了方沸石和雪硅钙石相。硅铝酸盐类矿物的生成能够提高重金属的稳定化效果,最合适的水热反应条件为:加入Na OH（0.5 mol/L）作为碱性激发剂,添加30%的废瓷粉、水热温度为200℃、水热时间为24 h。此时水热飞灰中Pb和Cd的浸出浓度分别为0.176与0.122 mg/L,均低于生活垃圾填埋厂污染控制标准（GB16889-2008）的限值（0.25 mg/L和0.15 mg/L）。