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超声波处理垃圾焚烧飞灰后重金属固化与其吸附性能的研究

刘金英  
【摘要】:随着经济的发展、城市化进程加快、居民消费结构调整,城市生活垃圾处理已经成为城市建设中的一个重要问题。同时由于城市人口密集度增大、土地资源紧张,焚烧法在城市生活垃圾处理中比例逐年增大,已经逐渐成为处理生活垃圾的主要方法之一。而垃圾焚烧飞灰中含有重金属、含氯盐类、二噁英等有毒成分,属于危险废弃物,需要进行无害化处置。目前主要的处置方法有:固化与稳定化法、分离萃取法、热处理法等。本文将超声波处理引入到垃圾焚烧飞灰无害化处理中,就超声波处理对飞灰中重金属浸出行为影响进行研究,进行处置前后飞灰重金属形态分析,进行环境风险评估,并对超声波处理后飞灰进行吸附性能研究,为飞灰资源化利用提供实验基础。首先对垃圾焚烧飞灰的基本物性进行分析,为后续实验研究提供参考。本实验采用的是某流化床垃圾焚烧炉布袋灰,主要元素为C、O、Al、Si、Cl、Ca、Fe等,主要成分为二氧化硅、硫酸钙、碳酸钙、氧化铁以及氯化钠等。采用单因素实验法,就超声波对飞灰中的重金属进行研究,探究影响因素效果以及稳定性机理,结果表明,超声波处理后飞灰中重金属浸出浓度均有不同程度的降低,除Cd外其他重金属均低于生活垃圾填埋污染控制标准,Cd的下降率也达到了77%,其中添加剂种类的影响效果最明显,依次为添加剂用量、超声波功率、超声波处理时间。根据XRD分析发现,超声波处理后飞灰产生了加藤石及其他硅铝酸盐类物质,对降低飞灰中重金属浸出浓度具有一定效果。为了解超声波处理飞灰中重金属的机理,开展改进BCR连续提取实验探究稳定前后飞灰中重金属形态变化,结果表明,超声波处理主要是通过将酸可溶解态转化为可还原态来稳定重金属,有一定的稳定效果,但是重金属仍然有一定活性,存在环境风险。为进一步了解超声波处理后飞灰的资源化利用前景,对处理后飞灰开展吸附性能研究,结果表明,超声波处理后飞灰对各重金属都具有较好的吸附效果,其中Cu、Pb的效果较好。并且处理后样品的比表面积从1.911m~2/g上升到6.530m~2/g,平均孔容也从14.877 cm~3/g上升至16.160cm~3/g,具有较好的吸附潜能。综上所述,在碱性环境下超声波处理一定程度上可以实现对垃圾焚烧飞灰中重金属的无害化处置,在超声波作用下重金属的浸出浓度都有一定程度的降低,超声波处理后飞灰中产生加藤石及其他硅铝酸盐等类沸石物质,并且处理后的飞灰比表面积、平均孔径都增大,具有更好的吸附性能,具有作为吸附剂来进行资源化利用潜能。


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