MSWI底灰浸出液形态分析及重金属迁移过程模拟研究

摘要

垃圾焚烧处理技术是垃圾资源化利用的重要方法之一，但该方法被广泛推广的同时也带来了新的问题，垃圾经焚烧处理，其中的重金属会有一部分富集于底灰中。在我国，底灰主要用填埋的方式处置，填埋场中的底灰会受到空气、水、温度等诸多环境因素的影响而改变自身形态和迁移性，其极有可能对自然环境造成二次污染，因此有必要对底灰及其渗滤液的重金属迁移性及转化规律进行研究。
　　本文对新鲜的市政生活垃圾焚烧(Municipal Solid Waste Incineration, MSWI)底灰的主要金属元素含量进行测定并分析，结果表明，新鲜MSWI底灰呈强碱性，主要含有的金属元素为Ca、Na、K、Pb、Zn、Cu、Cr、Mn和Fe，其中底灰Cu、Zn含量超过工业用地标准值;新鲜底灰浸出液呈强碱性，主要含有的重金属元素为Pb、Zn、 Cu。在为期52周的模拟底灰加速风化实验中，浸出液中Pb、Zn浓度呈降低趋势，pH亦呈降低趋势，浸出液由强碱性向弱碱性转变;Cu于浸出初期略有上升，之后虽下降但保持较高浓度至pH降至11以下。
　　运用Visual MINTEQ3.1软件对MSWI底灰浸出液中主要离子的结合形态进行分析。得出底灰浸出液中主要重金属的存在形态与浸出液pH有显著的相关性。实验初期，pH＞11时，Pb、Zn、Cu离子均以氢氧根结合态为主;随着时间的推移，垃圾焚烧底灰pH下降，逐渐呈弱碱性，8＜pH＜10时，Pb、Zn、Cu离子均不同程度的与碳酸根离子结合，三种金属离子中，碳酸根主要与铜离子结合;随着pH进一步下降，7＜pH＜8时，Pb、Cu、Zn离子碳酸根结合态含量下降，Pb、Cu、Zn、Ca离子均主要以自由离子形态存在。整个风化实验过程中，Ca均以自由离子形态为主，pH＞12时，Ca离子部分与氢氧根结合，12＞pH＞11时，Ca离子部分与碳酸根结合。
　　以一维对流-弥散方程为基础，模拟垃圾填埋场填埋底灰中重金属的渗流过程，模拟分析Cu和Pb在40年5m深填埋范围内含量的变化趋势，得出Cu、 Pb含量的降低量均随着深度的增加而减少，随着时间的推移而增加;整体含量降低速率随着时间的推移呈先逐渐降低而后又逐渐升高的趋势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 垃圾处理方法及技术

1．2 垃圾焚烧厂的数量、规模及分布

1．2．1 国外垃圾焚烧技术应用情况

1．2．2 国内垃圾焚烧发展趋势

1．3 垃圾焚烧底灰特性

1．3．1 垃圾焚烧底灰的物理性质

1．3．2 垃圾焚烧底灰的化学性质

1．3．3 垃圾焚烧底灰重金属的危害

1．4 重金属迁移转化模型研究

1．4．1 化学热力学平衡数学模型

1．4．2 化学反应动力学数学模型

1．4．3 迁移转化动力学数学模型

1．4．4 对流-弥散模型研究

1．5 研究内容、研究意义和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

1．5．3 技术路线

第2章 模拟风化实验及测定方法

2．1 引言

2．2 样品及实验装置

2．2．1 试验样品来源

2．2．2 试验装置及仪器设备

2．3 实验方法

2．3．1 样品预处理

2．3．2 取样

2．3．3 元素测定

第3章 风化实验测定结果及浸出液形态分析

3．1 引言

3．2 新鲜底灰及浸出液中金属元素的含量

3．3 浸出液中离子含量随时间的变化

3．4 Visual MINTEQ软件分析形态

3．4．1 Visual MINTEQ软件简介

3．4．2 Visual MINTEQ输入

3．4．3 钙形态分析

3．4．4 铅形态分析

3．4．5 锌形态分析

3．4．6 铜形态分析

3．4．7 阴离子结合态分析

3．5 小结

第4章 填埋场底灰重金属迁移过程模拟

4．1 引言

4．2 多孔介质的定义

4．3 溶质在多孔介质中的迁移的机理

4．3．1 对流作用

4．3．2 水动力弥散作用

4．3．3 对流-弥散方程的确立

4．3．4 考虑吸附与解吸附作用的方程

4．4 填埋场底灰渗流模型的建立

4．5 模型参数选取

4．6 底灰重金属含量计算

4．7 模拟结果

4．7．1 Cu模拟结果

4．7．2 Pb模拟结果

4．8 小结

结论

致谢

参考文献

作者简介