下水道污泥焚燒過程中重金屬元素的揮發(fā)與回收.pdf

1、2003年我國工業(yè)和城市生活廢水排放總量高達415億噸，其中工業(yè)廢水排放量為194億噸，城市生活污水排放量為221億噸。據(jù)1996年對全國29家城市污水處理廠的調(diào)查，每處理萬噸廢水產(chǎn)生污泥0.3到3噸。污泥中含有大量的有機物、重金屬以及其他有害的致病細菌，如何處理這么多的污泥是一個非常嚴重的環(huán)境問題。 目前世界范圍內(nèi)處置污泥主要有三種方法：農(nóng)業(yè)利用、填埋、焚燒。前面兩種方法由于其自身的缺陷而逐漸被禁止，焚燒方法則由于可以使污泥

2、的體積大幅度減少、殺死有機微生物污染物、節(jié)能等優(yōu)點而得到越來越廣泛的應(yīng)用。但焚燒后會產(chǎn)生二惡英、Nox、SO2、重金屬等，導(dǎo)致一定程度的二次空氣污染，即使隨著煙氣處理技術(shù)的發(fā)展，其中的大部分空氣污染物可以得到很大程度的控制，但是污泥中所含有的大量重金屬元素會富集于一些亞微米顆粒中或者是以氣態(tài)形式存在于煙氣中，不易被除去，因此重金屬污染仍然是污泥焚燒必須面臨的一個大問題。 本文通過數(shù)值模擬和試驗相結(jié)合的方法對污泥燃燒特性、焚燒過

3、程中重金屬的揮發(fā)、凝固進行了研究。這些研究深化了我們對污泥焚燒過程重金屬元素行為的認識，為控制燃污泥焚燒過程中重金屬元素的排放提供了理論依據(jù)。論文有特色的研究工作體現(xiàn)在： 1.采用熱重分析方法對污泥的燃燒特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)污泥的燃燒過程分成五個階段：干燥、低溫時有機物的揮發(fā)、中溫時有機物的揮發(fā)、高溫時有機物的揮發(fā)和焦炭燃燒；同時研究了上述各個階段的化學(xué)反應(yīng)機理和反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)；研究了加熱速率對污泥焚燒特性的影響，發(fā)現(xiàn)加熱速率

4、增強會使得污泥的揮發(fā)溫度提高；同時研究了污泥焚燒過程中重金屬揮發(fā)與溫度、加熱速率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)重金屬揮發(fā)與污泥的失重沒有直接關(guān)系，重金屬揮發(fā)則隨溫度升高而增強；這些研究為污泥焚燒設(shè)備的設(shè)計，焚燒裝置的運行提供了理論依據(jù)。 2.在實驗室臺架上進行了污泥焚燒試驗，并對污泥熔融過程中灰渣的結(jié)構(gòu)變化進行了研究，發(fā)現(xiàn)污泥直徑跟時間有下列函數(shù)關(guān)系：Y =-0.0002X2 - 0.1313X + 49.64；（Y是顆粒直徑減少百分數(shù)，X為時

5、間） 同時對焚燒過程中污泥中的炭、氫含量變化進行了研究，對污泥灰渣進行了形貌分析，最后對重金屬在污泥焚燒過程中的揮發(fā)行為以及氧氣含量對重金屬揮發(fā)的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn)氧氣增加但重金屬元素揮發(fā)減弱。 3.對污泥焚燒過程中重金屬的回收進行了可行性研究，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)了的重金屬元素氣固轉(zhuǎn)化與溫度有很大的關(guān)系，同時將這些重金屬按照轉(zhuǎn)化溫度不同分為四類：A類金屬在高于600℃時從氣態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，這類金屬包括Zn，Cd 和P，而B類元素在400

6、℃以上發(fā)生轉(zhuǎn)變，這類金屬元素有Pb 和Cu；C類有Na 和Mg，其轉(zhuǎn)變溫度為300℃以下；D類在300-400℃時轉(zhuǎn)變，這類金屬元素有As；同時試驗發(fā)現(xiàn)在600℃可以捕獲51﹪的Cr, 74﹪的Pb, 62﹪的Cu，而400℃可以回收70﹪的Zn。論文中還通過在試驗中加入不同含量的氯化鈣，研究了氯含量對于重金屬元素回收的影響，發(fā)現(xiàn)加入氯化物后揮發(fā)了的金屬增加，但并不是所有的金屬都有這個趨勢，某些重金屬的揮發(fā)也會減少。 4.建立