水热法协同处置不同炉型的垃圾焚烧飞灰及其机理研究

摘要

生活垃圾焚烧飞灰被我国列为危险废物，由于飞灰化学成分复杂多变，含有重金属及有机污染物，大量垃圾焚烧飞灰的妥善处置问题俨然成为一个社会难题。本文总结和对比了国内外垃圾焚烧飞灰处理方法，选择水热法作为飞灰处置技术，其优势在于既能够无害化处置飞灰中的重金属，又能够实现飞灰的回收利用，还不造成二次污染。根据两种不同垃圾焚烧炉型飞灰的组分特性的互补，实现了不外加添加剂的情况下将两种飞灰协同水热合成硅铝酸盐，水热反应温度200℃，反应时间24h，降低了飞灰中重金属的浸出毒性。并且开展了飞灰水热稳定重金属的机理研究。基于以上研究内容，本文主要结论如下： （1）研究了两种不同炉型垃圾焚烧飞灰的特性。两种飞灰中的CaO含量都很高，炉排炉飞灰中高达48.45%，流化床飞灰为26.29%。流化床飞灰中含有大量的Si、Al元素，SiO2、Al2O3分别占22.5%、17.93%，而炉排炉飞灰中Si、Al元素含量很少，但含有Ca(OH)2、CaClOH这两种物质，碱性较强。 （2）研究了两种典型飞灰水热稳定重金属效果。在无添加剂条件下，水热产物中生成了雪硅钙石和水钙铝榴石，抑制飞灰中的Cd、Cr、Cu、Pb、Zn向液相中迁移，当流化床飞灰和炉排炉飞灰混合比例为7：3时，水热后飞灰重金属稳定性较高，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的浸出毒性分别为0.560、0.011、1.507、70.095、18.780mg/L。水热后飞灰可作为炉排炉飞灰重金属稳定药剂，当炉排炉飞灰：水热后飞灰为1：3时各项重金属浸出浓度均达到较低水平。将飞灰协同水洗实验作为对照，当两种飞灰混合水洗比例为4：6时，重金属浸出毒性最低，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn浸出毒性分别为0.003、0.087、0、0、0.011mg/L。在添加碱激发剂水热条件下，水热产物均生成了加藤石、雪硅钙石以及少量的方沸石。 （3）研究了本实验条件下飞灰水热产物形成和重金属吸附机理。飞灰在无碱激发剂水热反应过程中，会先形成水钙铝榴石，随后在Ca/Si适宜的条件下，会继续反应形成雪硅钙石。飞灰在添加碱激发剂水热过程中，当n(CaO)/n(SiO2+AlO1.5)为0.7~1.1时，先生成加藤石，部分生成的加藤石会进一步转化为雪硅钙石，并且该合成路径能降低雪硅钙石晶体的活化能，并加速雪硅钙石生成。当n(CaO)/n(SiO2+AlO1.5)接近0.6时，在形成加藤石之前，先生成少量方沸石。体系中n(CaO)/n(SiO2+AlO1.5)比值是决定水热反应产物的重要因素，借助这一比值，可以添加硅铝含量不同的材料以高效地进行不同特性飞灰的水热处置。根据雪硅钙石晶体结构，夹层中间存在着游离的Ca2+和水分子，随着水分子的进出，外界的重金属离子能够进入雪硅钙石晶格内部，将Ca2+置换出来，从而吸附重金属。

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