脫硫粉煤灰元素釋放動力學(xué)特征與風(fēng)險評價.pdf

1、粉煤灰是燃煤電廠的副產(chǎn)物,為了控制SO2的排放,大部分電廠均實行了脫硫技術(shù);但硫等元素被固化在粉煤灰中并排放在貯灰場后,在堆放甚至利用過程中,仍再次釋放到環(huán)境中,造成環(huán)境風(fēng)險。本文依托Europe-AsiaLink項目,以徐州地區(qū)主要的燃煤電廠的脫硫粉煤灰為研究對象,充分利用掃描電子顯微鏡/能量色散儀、X射線衍射儀、電感耦合等離子質(zhì)譜儀等現(xiàn)代分析測試技術(shù),全面地研究了脫硫灰渣的理化性質(zhì)、釋放規(guī)律和環(huán)境風(fēng)險;為了減少粉煤灰中硫等元素再次釋

2、放的風(fēng)險,進行穩(wěn)定化試驗研究,建立了穩(wěn)定化動力學(xué)模型。
　　研究工作與成果如下:
　　(1)各電廠脫硫粉煤灰粒徑分布總體上相似,以煤粉爐燃煤的電廠形成的粉煤灰顆粒粒徑較均勻,以循環(huán)流化床鍋爐燃煤的電廠形成的粉煤灰顆粒粒徑差異較大;微觀形態(tài)上,煤粉爐高溫燃燒產(chǎn)生的粉煤灰,主要以規(guī)則的圓球形、表面附著晶體的球形顆粒、多孔的球形顆粒和不呈規(guī)則圓球形的顆粒四種形態(tài)存在,而煤粉在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)屬中溫燃燒,產(chǎn)生的粉煤灰多為不規(guī)則顆粒。

3、由于脫硫工藝的影響,循環(huán)流化床粉煤灰中可以見到脫硫產(chǎn)物,主要為石膏晶體。所有的脫硫粉煤灰樣品中均含有一定量的不同燃燒程度的殘?zhí)?殘?zhí)汲示W(wǎng)狀、層狀、球狀等多種外形。
　　(2)各電廠灰渣中主要的結(jié)晶礦物有石英、莫來石,另外還含有一些伊利石、長石、方解石、石膏、赤鐵礦等礦物。硅、鋁和鐵的氧化物是構(gòu)成燃煤灰渣的主要化學(xué)成分,含量超過80％。灰渣中含有多種微量元素,它們在不同電廠產(chǎn)生的灰渣中的含量具有明顯的差異性,多數(shù)元素在粉煤灰中的含量

4、高于底渣中的含量,元素在粉煤灰中具有富集的趨勢。
　　(3)燃煤電廠脫硫粉煤灰的顆粒物排放因子比較接近,研究結(jié)果表明使用煤粉爐的燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰的顆粒物排放因子較使用循環(huán)流化床鍋爐的電廠要高;同時研究的脫硫粉煤灰中10種元素的排放因子,以Mn元素的排放因子最大,Cd元素的排放因子最小;建立了在已知煤中元素含量、灰分和相應(yīng)的顆粒物排放因子的情況下相應(yīng)元素排放因子的函數(shù)關(guān)系:,指數(shù)b的取值范圍分別是:煤粉爐為0.26-1.51,循

5、環(huán)流化床鍋爐為0.23-1.52。
　　(4)利用Meij提出的相對富集因子()揭示了反應(yīng)不同元素在脫硫粉煤灰上的富集特征,并根據(jù)其數(shù)值大小確定元素揮發(fā)性的難易程度:相對富集因子數(shù)值大的元素揮發(fā)性較差,相對富集因子數(shù)值小的元素屬于易揮發(fā)性元素。采用質(zhì)量平衡法獲得了燃燒產(chǎn)物中各元素在粉煤灰、底渣和煙氣中的分配比例,大部分元素燃燒后主要以脫硫粉煤灰和底渣的形式存在,但是部分元素(如V和Cu)在煙氣中所占的比例較大。
　　(5)為

6、了揭示脫硫粉煤灰中元素的釋放特征,進行了靜態(tài)浸出實驗和動態(tài)淋濾實驗。在兩種釋放實驗中,都以Mo元素的釋放濃度為最高,Hg和Mn元素最低。各元素的釋放特征有一定的差異,動態(tài)淋濾實驗更接近粉煤灰自然狀態(tài)下接觸降水或其他液體的情況,其釋放規(guī)律更具有參考價值。釋放實驗后脫硫粉煤灰的微觀形態(tài)和礦物組成都發(fā)生了一定的改變,顆粒粒徑在一定程度上有所變小,球形顆粒表面多發(fā)現(xiàn)粘連晶體或者出現(xiàn)小孔,部分樣品中方解石含量有所增加。
　　(6)對動態(tài)淋濾

7、實驗相關(guān)元素的累積含量進行非線性回歸擬合,得到元素的釋放動力學(xué)方程:,其中d是與脫硫粉煤灰樣品表面積、體積、其中某一元素含量和淋出液體積有關(guān)的一個常數(shù)。經(jīng)過驗證,該方程可以很好的模擬粉煤灰中元素向水體釋放的動力學(xué)過程。
　　(7)脫硫粉煤灰浸出毒性評價確定了采樣電廠粉煤灰并不是具有浸出毒性的危險廢物,但是對通過食入、皮膚接觸和吸入三種暴露途徑進入人體的粉煤灰進行健康風(fēng)險評價表明,華美和徐塘兩家電廠都存在潛在的風(fēng)險危害,所以在粉煤灰