MSWI飛灰特性表征與重金屬穩(wěn)定化研究.pdf

1、MSWI(垃圾焚燒)飛灰是垃圾焚燒處理的主要污染物，由于其中重金屬和有機(jī)毒物含量過(guò)高，必須進(jìn)行特殊處理處置，這已經(jīng)成為一個(gè)目前必須面對(duì)的突出問(wèn)題和固廢處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　 本研究首先通過(guò)XRF、XRD、粒徑分析儀、SEM-EDS、FT-IR、AAS等手段對(duì)MSWI飛灰的化學(xué)組成、粒徑分布、物相組成，重金屬浸出等基本特性進(jìn)行全面表征、并借由比表面積與孔徑分析、TEM、DSC-TG等手段對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和熱特性進(jìn)行表征；
　

2、　 使用EDTA、硫化鈉、磷酸鹽和酸堿溶液不同化學(xué)藥劑對(duì)MSWI飛灰中主要重金屬進(jìn)行配伍穩(wěn)定化，利用高濃度含磷廢水對(duì)MSWI飛灰重金屬進(jìn)行穩(wěn)定化，確定主要影響因素和探討重金屬穩(wěn)定化機(jī)理；
　　 采用蒙脫石、伊利石、高嶺石等粘土礦物和一般粘土與MSWI飛灰混合高溫?zé)煞€(wěn)定化重金屬，確定主要影響因素并通過(guò)XRD、TEM、SEM-EDS等手段分析燒成試樣形貌特征及化學(xué)組成，推斷重金屬在混合體系燒成過(guò)程中的穩(wěn)定化機(jī)制；
　　

3、通過(guò)差示掃描量熱分析得到不同MSWI飛灰-粘土混合體系燒成過(guò)程的DSC-TG曲線，選用常用固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，建立MSWI飛灰-粘土燒成動(dòng)力學(xué)模型，描述MSWI飛灰-粘土體系燒成重金屬穩(wěn)定化過(guò)程。
　　 通過(guò)以上各方面的研究得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)MSWI飛灰大部分呈現(xiàn)細(xì)小無(wú)定形顆粒狀，多孔結(jié)構(gòu)不明顯。經(jīng)過(guò)超聲處理后，孔隙結(jié)構(gòu)有所改善。主要含有Zn、Pb、Mn、Cu、Cd、Cr、Hg等重金屬。主要

4、的物相為SiO2、CaSO4和鋁硅酸鹽晶體以及KCl、NaCl等可溶性鹽類(lèi)晶體。在燒成過(guò)程中各重金屬表現(xiàn)出不同的揮發(fā)特性：Cr和Mn未出現(xiàn)明顯揮發(fā)趨勢(shì)，Cu、Cd、Zn、Hg、Pb等表現(xiàn)出明顯的揮發(fā)特性，隨著加熱溫度的升高，燒失率明顯升高，而且揮發(fā)速率較快；
　　 (2)MSWI飛灰中Hg、Cd、Cu、Cr、Mn和Pb等含量隨粒徑的減小呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)。Zn在小顆粒和大顆粒中含量很低，而在顆粒粒徑75-1000μm范圍內(nèi)含量很高

5、。Pb和Zn的浸出濃度明顯超過(guò)浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)，其他重金屬浸出濃度均遠(yuǎn)小于各自浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)。重金屬浸出量受浸出液初始pH值、液固比、浸出時(shí)間等因素影響顯著。各種重金屬元素的弱酸提取態(tài)中，Cd的含量最高，占了總Cd的60％左右，Cu、Pb次之分別占各自總量的40％左右以上，Cr、Mn、Zn的弱酸提取態(tài)含量相對(duì)較低；Pb、Mn、Cu、Cd的可還原態(tài)含量相對(duì)較高，占各重金屬總量的20％以上，而Zn、Cr的可還原態(tài)含量則相對(duì)較低；Cr、Zn、Mn、

6、Hg等金屬的殘?jiān)鼞B(tài)比例較高，在自然條件下比較穩(wěn)定；
　　 (3)NaH2PO4、Na2S、EDTA二鈉對(duì)飛灰中Pb、Zn兩種重金屬的穩(wěn)定化效果明顯。按照確定的最優(yōu)藥劑投加順序(Na2S、EDTA二鈉、NaH2PO4)，篩選出配伍方案(Na2S∶EDTA二鈉∶NaH2PO4為2∶1∶2)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化藥劑配伍相合，提高飛灰中重金屬穩(wěn)定化效果。MSWI飛灰與高濃度含磷廢水反應(yīng)后，MSWI飛灰中重金屬含量顯著提高，溶液中以及反應(yīng)后MS

7、WI飛灰浸出液中Pb、Zn、Hg等重金屬含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)，生成的各種沉淀物質(zhì)包裹在飛灰表面，對(duì)于重金屬和有機(jī)毒物均起到穩(wěn)定化作用；
　　 (4)燒成溫度、燒成時(shí)間和粘土礦物性質(zhì)是影響MSWI飛灰中重金屬固溶特性的重要參數(shù)。在燒成溫度范圍1000～1050℃，燒成時(shí)間1h，試樣可以較為充分發(fā)生燒成固相反應(yīng)或部分熔融，實(shí)現(xiàn)較高的重金屬固溶率。對(duì)于易揮發(fā)性重金屬，MSWI飛灰-蒙脫石體系固溶效果最優(yōu)，主要重金屬Pb和Zn的固

8、溶率均在80％以上，一般粘土體系次之；CaO的添加并未明顯促進(jìn)重金屬的固溶；MSWI飛灰-粘土體系中Al2O3+SiO2含量對(duì)各重金屬的固溶率均有明顯影響(除了難揮發(fā)重金屬M(fèi)n和Cr外)，在Al2O3+SiO2含量為65％左右固溶效果最佳；
　　 (5)MSWI飛灰-粘土混合體系燒成穩(wěn)定化重金屬的物理模型簡(jiǎn)單表述為：MSWI飛灰-粘土體系燒成后新生成的主要物相為具有穩(wěn)定骨架型結(jié)構(gòu)的晶相固溶體Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)

9、2O6、(Ca,Na)(Si,Al)4O8。MSWI飛灰中的重金屬離子Mn、Cr、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb易在較高溫度下通過(guò)置換或填隙作用進(jìn)入固溶體的晶體結(jié)構(gòu)或被形成的硅鋁酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所包裹而得到很好的穩(wěn)定化效果；
　　 (6)采用DSC-TG曲線分析了不同MSWI飛灰-粘土混合體系的燒成動(dòng)力學(xué)過(guò)程。球形對(duì)稱(chēng)相界反應(yīng)模型R3可以合理的描述四個(gè)MSWI飛灰-粘土混合體系燒成過(guò)程，根據(jù)其機(jī)理函數(shù)G(α)=1-(1-a)1/3計(jì)算