垃圾焚烧中镉、铅迁移转化特性研究

【摘要】： 本文采用实验研究和热力学平衡计算对中国垃圾焚烧中Cd、Pb的迁移和转化特性进行了研究。在自行设计和搭建的管式焚烧炉中分别就氯、硫、水分、吸附剂和焚烧温度、停留时间对Cd、Pb迁移和转化特性的影响进行了实验研究。使用吉布斯自由能最小法对垃圾焚烧中Cd、Pb的平衡形态分布进行计算,并与实验数据进行对比分析,取得以下研究成果。 氯能有效增强Cd、Pb的挥发特性。有机氯(PVC)和无机氯(NaCl)均能使97%以上的Cd和90%的Pb分布于飞灰中。两种氯对Cd、Pb的迁移和转化特性的影响机理不同。NaCl易与Pb形成PbCl_2,与Cd除易形成CdCl_2外还能直接与其反应生成CdCl_2(NaCl)_6和Na_2CdCl_4。PVC除与Cd、Pb形成氯化物外还易形成相应的氯酸盐Na[Cd(ClO_4)_3]、Pb(ClO4)_2、PbCl_2O_4。 不同形态的硫对Cd、Pb迁移和转化特性的影响机理不同。S和Na2S易与Cd形成难挥发性物质CdS,使Cd在底渣中分布分别增加4.2%和20.1%,Na_2SO_4(Na_2SO_3)易与Cd生成CdSO_4,使Cd更多地分布在飞灰中。所有形态的硫均使Pb在底渣中的分布减少25%以上,飞灰中Pb主要以PbSO_4形式存在。 烟气中水分对重金属迁移和转化特性的影响主要是对重金属反应化学平衡移动的影响,垃圾中水分的影响则是对燃烧状况的影响。实验表明,吸附剂对Cd吸附能力的大小顺序依次为Al_2O_3SiO_2CaO,吸附剂除化学吸附外还具有一定的物理吸附能力。硫、氯能缩短吸附剂对Cd、Pb的有效吸附温度段,但有效吸附温度段内吸附率不受影响,氯能使Al_2O_3对Cd的化学吸附能力丧失。 温度主要影响Cd、Pb化合物的蒸气压和垃圾焚烧状况,温度的升高能显著增强重金属的挥发性。当温度低于850℃时,Cd、Pb均不在烟气中分布,当温度为1000℃时,Cd在烟气中的分布为8.49%,Pb在烟气中始终没有分布。焚烧中,重金属的挥发主要集中在初始阶段。在初始阶段3min～6min,停留时间对Cd、Pb迁移特性影响显著,超过6min影响甚微。 本文的研究成果对进一步深入认识我国垃圾焚烧中重金属的迁移和转化特性、焚烧炉的设计改进及发展焚烧中和焚烧后重金属的控制技术提供参考。