印染污泥焚燒特性及Cl-S-P耦合作用對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化行為的影響研究.pdf

1、印染污泥(TDS)產(chǎn)量巨大，屬于嚴(yán)控廢物，對(duì)其進(jìn)行焚燒處理能達(dá)到減量化、無害化、資源化和能源化的綜合效果。然而，印染污泥焚燒處理過程中的焚燒特性、熱力學(xué)參數(shù)、燃燒性能及動(dòng)力學(xué)過程尚不明晰。同時(shí)，在焚燒處理過程中排放的重金屬會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，嚴(yán)重制約著焚燒處理技術(shù)的推廣和應(yīng)用，而影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化關(guān)鍵因子如 Cl/S/P所起的作用和影響機(jī)制尚不清楚。本文深入研究了印染污泥的摻燒特性，同時(shí)利用管式爐焚燒模擬實(shí)驗(yàn)及熱力學(xué)平衡計(jì)算對(duì)重金屬的

2、分布、遷移轉(zhuǎn)化受Cl、S、P交互作用影響進(jìn)行了深入探討。
　　利用熱重分析儀(TGA)分析了印染污泥與其他類型污泥的混燃特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，污泥各揮發(fā)分的析出制約著污泥的整個(gè)燃燒過程，而造紙污泥還受到固定碳燃燒階段的顯著影響。當(dāng)向印染污泥中加入50％的開發(fā)區(qū)污泥后，印染污泥的綜合燃燒特性指數(shù)和可燃性指數(shù)分別提高了約2、1.6倍。采用積分法(Coats-Redfern方程)計(jì)算得到各燃燒階段反應(yīng)的機(jī)理方程及相應(yīng)的活化能參數(shù)，發(fā)現(xiàn)第一

3、揮發(fā)分峰前取反應(yīng)級(jí)數(shù) n=0.5及峰后 n=2，可描述各階段的燃燒反應(yīng)機(jī)理，而第二揮發(fā)分峰沒有顯著規(guī)律。
　　利用熱重分析儀(TGA)分析了印染污泥與煤粉的混燃特性。研究結(jié)果表明，煤焚燒效率大大高于印染污泥。當(dāng)印染污泥比例為30-50%時(shí)，兩者的摻燒過程中有明顯的交互作用，并有利于促進(jìn)焚燒。從各個(gè)焚燒特性參數(shù)看，印染污泥比例在20-30%最有利。隨著印染污泥混合比的提高，表觀活化能 Ea從155.6減小到53.35，并且當(dāng)混合比小

4、于20%時(shí)，活化能急劇減小。
　　利用熱重分析儀(TGA)分析了印染污泥與煤粉在富氧條件下的混燃特性。提高氣氛中 O2濃度有利于焚燒效率的提高，在 CO2/O2氣氛下印染污泥的焚燒效果要比 N2/O2差，然而印染污泥在 CO2氣氛中熱解比在 N2氣氛中減小了約4.51%的殘?jiān)?。?dāng)向印染污泥混煤樣(80coal+20TDS)焚燒系統(tǒng)中提高氧氣濃度達(dá)到30%時(shí)，混合樣的燃燒效率在 N2/O2和 CO2/O2氣氛中都得到了提高，從綜合

5、燃燒特性參數(shù)上看，焚燒效率接近甚至超過了煤在空氣中的燃燒效率。當(dāng)氧氣濃度達(dá)到60%時(shí)，由CO2/O2替代N2/O2焚燒所帶來的抑制作用得以消除。
　　利用熱力學(xué)平衡分析方法模擬計(jì)算了污泥摻燒過程中 Cl-S-P-礦物質(zhì)交互作用對(duì)Cu遷移轉(zhuǎn)化的影響。研究結(jié)果表明，污泥摻燒復(fù)雜體系中含Cl、S及 P氣體以HCl(g)、SO2(g)及(P2O5)2(g)形式逸出。摻燒體系中 Cl的存在可以減弱 Al2O3、CaO、Fe2O3對(duì) Cu吸附

6、作用；S的存在可以延遲 Fe2O3及 Al2O3對(duì) Cu的反應(yīng)，而P的存在不影響礦物質(zhì)與 Cu作用。Cl-S-P耦合體系中，Cl+S、Cl+S+P耦合可以抑制 Cu的揮發(fā)；Cl+P促進(jìn) Cu的揮發(fā)釋放；S+P共存體系中 Cu的遷移轉(zhuǎn)化僅受S的影響。SiO2+CaO+Al2O3共存體系中，Cl、Cl+P可導(dǎo)致礦物質(zhì)與 Cu反應(yīng)作用失效，而 S、S+Cl、S+P、S+Cl+P的存在，導(dǎo)致Cu的分布在低溫過程中受 S的控制，在高溫過程中受Cl

7、控制，在全過程中不受P的影響。
　　利用管式爐模擬了污泥焚燒過程中重金屬遷移轉(zhuǎn)化受 S、Cl、P交互作用的影響實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，污泥焚燒過程中 P對(duì)重金屬的揮發(fā)有抑制作用；Cl在低含量時(shí)，可影響P對(duì)重金屬Ni，Cr和 Mn的抑制作用，并且Cl和P對(duì)Pb、Cd揮發(fā)有競(jìng)爭(zhēng)作用。在一定含量Cl、P條件下，Cl和 P存在對(duì)Ni，Cu，Mn和 Cr揮發(fā)有協(xié)同作用，并且抑制作用占主導(dǎo)地位，而對(duì) Zn表現(xiàn)是促進(jìn)揮發(fā)。在不同 C l、P比例添加

8、量下，重金屬 Pb，Cd，Cu，Zn和 Mn的形態(tài)表現(xiàn)出顯著的規(guī)律性，而Ni和 Cr則變化較小。其中，Ni，Cd，Zn和 Mn主要以弱酸提取態(tài)和可還原態(tài)為主，而 Pb，Cr，和 Cu則主要以可氧化態(tài)為主。在未添加 Cl和 P的污泥焚燒底渣中，除了 P b和C d，其他重金屬主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在(超過85%)，表明焚燒高溫處理有利于重金屬在底渣的穩(wěn)定化。焚燒后，底渣中 Cl和 S的含量大量減少，并且 Cl要比 S的揮發(fā)率高。在添加 P后，C