垃圾焚燒飛灰浸出行為與機理研究.pdf

1、近年來，我國日益關注危險廢物的處置和利用過程中的環境風險問題。作為一種典型危險廢物-垃圾焚燒飛灰在處置過程中的環境風險也隨著焚燒技術快速推廣而備受關注，對焚燒飛灰在不同場景下的浸出規律的認識是全面科學評價焚燒飛灰處置與利用過程中環境風險的步驟。本文旨在研究焚燒飛灰中主要成分和重金屬的浸出行為與機理，探討焚燒飛灰在不同條件和不同時間尺度下的浸出動力學。 借助連續化學提取(SCE)的方法加速焚燒飛灰礦物相分級溶解，并結合XRF和XR

2、D分析飛灰主要成分與物相構成，對焚燒飛灰中主要成分和重金屬的浸出過程進行了研究。發現不同時間尺度的浸出行為控制過程不同：初始階段的表面溶解和擴散是快速過程，主要由礦物相的溶解過程控制，浸出物的存在形態對應于SCE中的水溶與可交換態；隨著時間的推移，酸溶相的中和過程逐漸控制了飛灰的浸出進程，浸出物主要是以碳酸鹽和Fe-Mn氧化物結合態形式存在；基體相的化學風化過程控制了長期浸出過程，浸出物主要以有機結合態和殘渣態形式存在。 采用批

3、試驗的方法，研究了焚燒飛灰浸出測試中的主要控制因素對飛灰主要成分和重金屬的浸出行為的影響。結果表明：浸取劑種類、浸取劑pH值、液固比、浸取時間對焚燒飛灰初始階段的主要成分(Ca、K、Na和Cl)浸出影響很小，而重金屬的浸出能力受到以上4種控制因素不同程度的影響；浸取劑種類和浸取劑的pH值控制著批試驗浸出體系的性質，并對酸溶態的分解與浸出有很大的影響。采用柱試驗和類柱試驗的方法研究了過流系統中焚燒飛灰的浸出行為。過流系統中飛灰主要成分(C

4、a、K、Na和Cl)在浸取初期可以形成浸出高峰，峰面隨飛灰層厚度的增加而不斷升高，同時浸出峰隨時間的推移迅速減??；重金屬在過流系統中也形成了浸出峰面，其變化規律與主要元素類似，只是浸出峰面隨時間推移而減少的速度較慢。經過過流系統長期浸出后的飛灰在TCLP浸出測試中的浸出能力反而超過原灰，這與飛灰酸中和能力減弱有關。 利用“定pH值滴定”的方法，研究了分批式系統中焚燒飛灰酸中和能力，并與過流系統的酸中和過程進行比較分析。在分批式系

5、統中，焚燒飛灰可溶相的快速溶解導致酸消耗量快速升高，含Ca成分的溶解消耗大量的H<'+>，當焚燒飛灰中礦物的溶解進程受到了限制時，酸消耗量趨于穩定，浸出過程進入基質相破壞與溶解階段；由于過流系統中pH峰面的形成與遷移，批反應系統中的酸中和容量的概念在過流系統中不適用。 在以上研究的基礎上，將試驗研究與地球化學模型相結合，分析焚燒飛灰在不同時間尺度下的浸出機理與動力學模型。利用多相非催化反應和核收縮模型分析了批試驗中的重金屬浸出過

6、程機理，建立了一種可以預測不同液固比條件下重金屬浸出自抑制動力學模型，并以重金屬Pb為例，驗證了重金屬浸出機理與模型的準確性；飛灰浸出過程中長期的化學風化緩慢而復雜，并受多種因素控制，構建飛灰長期浸出模型需要考慮到水流傳質、酸中和反應、二次沉淀形成、碳酸化反應、表面特征變化以及其他復雜的化學反應等多個方面?？傊?，本文將試驗研究與數學模型相結合，系統研究了焚燒飛灰在不同試驗條件和不同時間尺度下的浸出行為與機理，這對全面科學評價焚燒飛灰處置