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垃圾焚烧厂飞灰金属溶出特性研究*

更新时间:2009-03-28

垃圾产生量的急剧增长已成为目前最难解决的环境问题之一,焚烧法处理垃圾,既可实现减量化,同时还能回收部分能量,因此焚烧法已成为垃圾处理的主要方法之一[1-2]。但由于固体垃圾的成分复杂,焚烧过程中多种大量金属Ca、Na、K、Al和Fe等仍留在焚烧的剩余物飞灰中,且浓度可增至原来10倍以上[3]

目前常采用4种方法对焚烧炉飞灰进行处理以防止有害金属元素从飞灰中释放,包括:①玻璃态化、水泥固化、化学处理[4]、用酸或其它溶剂提取[5]。玻璃态化及水泥固化法虽然操作简单,处置费用低,但存在对铅、镉、铬等金属固化效果差,随着时间推移金属二次溶出,减容率低等缺点。化学处理法大都使用高分子螯合剂等药剂稳定金属,处置费用高,不适于大规模工业化应用[6]。采用酸浸的方法处理飞灰中的金属,飞灰经过酸处理后可将大量的有害金属去除掉,基本上可以满足填埋的要求[7]。但垃圾焚烧飞灰由于氯含量过高会带来诸多弊端,如飞灰中的氯盐会阻碍水泥的固化[8],高含量的氯盐、活性炭等会侵蚀或烧损实验材料[9]。水洗预处理作为去除飞灰中高含量的氯盐的一种有效方法,已成为国内外研究的重点。周建国等[10]指出飞灰中的氯主要以可溶性氯盐的形式存在。Chimenos等[11]研究指出,水洗作为预处理的方法可有效降低飞灰中氯的含量,经水洗预处理后的飞灰可部分替代水泥原料。飞灰经过水洗预处理之后便可进行酸浸实验。王陆军等[3]指出酸浸时在一定范围内随着溶液pH的上升,重金属的溶出率会增加,但溶液pH过高时会阻止飞灰的进一步溶解,同时已溶出的高价金属如Al、Fe等以膨松的非晶型难溶氢氧化物或难溶碱式盐的形式开始沉淀,由于表面吸附、包藏等诸多效应的影响,浸出率不再提高;酸溶后Fe和Si在飞灰中相对较稳定,溶出量很少。

笔者采集垃圾焚烧厂布袋除尘器中的飞灰作为研究对象,通过分析飞灰的主要化学组成成分,提出了采用水洗-酸浸处理飞灰的方法。首先分析飞灰中组成成分及Ca、Si、Cl的存在形式,后水洗除去可溶性的钾盐及钠盐、氯化物,水洗渣烘干后继续进行酸溶除去其中的金属。通过比较盐酸、硝酸、硫酸、醋酸在不同浓度时对7种金属 Fe、Cu、Zn、Pb、Cd、Mg、Mn 的浸出率,得出最佳的酸溶条件。

设计采用Buck/Boost双向 DC-DC变换电路,实现电池充放电。当外部电源对锂电池充电时,电路以Buck模式运行,当电池对负载放电时,电路以Boost模式运行。在满足精度要求前提下,采用自带A/D口的单片机进行设计,省去A/D和D/A电路的设计。通过理论计算和实际设计经验选择所需的电感和电容,并在设计中尽量缩减体积。采用电压和电流双闭环PID控制保持系统稳定,并可通过按键切换工作模式与电流步进值的大小。

1 材料与方法

1.1 样品采集

城市生活垃圾飞灰样品取自深圳市某垃圾焚烧发电厂,该厂采用复式炉排对垃圾进行焚烧处理。垃圾焚烧产生的高温烟气依次经过SNCR催化脱硝、半干式反应塔、活性炭喷射、布袋除尘器处理。在焚烧炉正常运行时采集布袋除尘器中的灰样作为飞灰样品,飞灰经120℃、24 h烘干后置于密封袋中备用。

本文所提出的控制策略控制框图如图5所示。由图5可知,本文通过添加电流控制器和虚拟电阻控制器调整下垂系数使线路电阻与虚拟电阻之和动态均衡,从而实现负载电流的均匀分配。另外,在下垂控制中添加了电压控制器,可以消除虚拟阻抗控制引起的电压偏差。

1.2 实验方法

抑制直流连续换相失败的调相机紧急控制//李兆伟,吴雪莲,曹路,侯玉强,李威,罗剑波,等//(22):91

酸溶实验的液固比为5∶1,反应时间2 h,搅拌速度250 r/min,浸出结束后立即过滤泥浆,得到浸出液。采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES安捷伦715) 检测浸出液中各种金属的浓度。

飞灰研磨过200目筛后,取适量样品压制成圆饼状,采用赛默飞X射线荧光光谱仪(XRF AXIOS advanced)分析飞灰的主要组成元素。X射线荧光光谱仪设置的参数为:电压40 kV,电流10 mA,计算速度4 kcps。X射线衍射仪现在主要被用来鉴定未知物质,分辨化学组成相同但结构不同的多晶化合物。根据得到的X射线衍射确定试样中同种元素不同的晶相的物质种类。本实验主要是通过衍射半定量分析得出飞灰中钙的存在形态。试验采用X射线衍射仪(XRD Rigaku Ultima IV) 对飞灰进行XRD检测,扫描电压为4 kV,2θ角的范围为10°~90°。飞灰样品或飞灰酸溶渣烘干制样,称取样品0.100 0 g,分别加入5 mL HNO3、2 mLHF、3 mLHClO4进行微波消解,后定容至100mL比色管中,稀释至不同倍数采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES安捷伦715)测定溶液中的各种金属的浓度。

2 结果与讨论

2.1 飞灰原样的组成分析

[4] 刘辉,孟菁华,史学峰.生活垃圾焚烧飞灰重金属稳定化技术综述[J].环境科学与管理,2016,41(5):69-72.

科研数据管理过程具有明显的周期性和阶段性特征,基于科研活动不同阶段的数据形态和数据处理活动,形成关于科研数据管理的相关生命周期理论。重点介绍了ICPSR社会科学数据存档生命周期管理模型。

 

表1 飞灰的组成组分(质量分数) %

  

19.20 2.44 20.96 8.33 7.30 0.53 0.15 0.79 0.27 0.02 0.72 0.02

硫酸与Ca及Pb等多种金属会有沉淀生成,特别是飞灰水洗渣中Ca的含量较高,当使用4.0 mol/L的硫酸作为浸出剂时,便有少量沉淀生成。因此,本实验探究0.5~4.0 mol/L的硫酸对飞灰中金属的浸出效果(L/S=5∶1),实验结果如图4所示。

2.2 飞灰中XRD的分析

Ca、Si等元素的存在形态会影响金属迁移的效果,所以本实验对飞灰进行了XRD分析,分析飞灰的主要物相结构,如图1所示。图1分析结果表明飞灰中的主要物相包括 CaCO3、CaSO4、KCl、NaCl、SiO2,从而说明飞灰中Ca主要以碳酸盐和硫酸盐的形式存在,同时K、Na主要以氯化物的形式存在[15]。Tokunaga等[16]也曾指出在垃圾焚烧过程中,Si、Al、Fe和其它金属氧化物形成了飞灰颗粒的内核,同时易挥发的金属就凝聚在颗粒表面上。飞灰中的金属主要以氧化物、碳酸盐、氯化物和硫酸盐的形式存在。

  

图1 飞灰的XRD

2.3 飞灰水洗

大鼠进行脑缺血后瞳孔散大,眼睛由红变白,缺血前期呼吸加快变浅,缺血后期呼吸减慢变深;再灌注期间瞳孔由散大转为缩小,眼睛由苍白转为红润,且呼吸加深加快慢慢转为正常平稳呼吸。

 

表2 水洗前后的XRF分析(质量分数) %

  

Fe 0.53 1.52 + 0.15 0.41 +Zn 0.79 1.93 + 0.27 0.64 +Cd 0.02 0.04 + 0.72 1.96 +Mn 0.02 0.06 + 19.20 27.44 +Na 9.84 0.33 - 8.33 0.22 -Si 2.44 6.72 + 20.96 0.33 -Cu Pb Mg Ca K Cl

从表2中看出,水洗后的飞灰渣中K、Na、Cl分别溶出了97.3%、95.5%和97.9%。而其他金属的比重在水洗后都有所增加。从而可以得出,水洗的作用是除去飞灰的钾盐、钠盐、氯化物(主要包括KCl、NaCl)等,以及对其它难溶于水的金属具有富集作用。于昕等[17]指出水洗的最初目的是去除飞灰中可溶性盐,但同时起到了放大金属含量的效果。

2.2 不同分组的胃癌患者术前NLR、PLR、MLR、NWR、LWR、MWR与预后 全组患者257例,总的5年生存率是42.4%。其中高 NLR组患者为23.8%,低NLR组患者为55.2%;高PLR组患者为25.0%,低PLR组患者为51.7%;高MLR组患者为30.6%,低MLR组患者为65.5%;高NWR组患者为33.6%,低NWR组患者为53.5%;高LWR组患者为54.6%,低LWR组患者为21.3%;高MWR组患者为50.0%,低MWR组患者为32.4%。以下为分析比较结果:

2.4 水洗渣的酸溶浸出率

2.4.1 盐酸酸溶水洗渣

使用2.0~5.5 mol/L的盐酸对飞灰水洗渣进行酸溶 (L/S=5∶1),研究盐酸对 Fe、Cu、Zn、Pb、Cd、Mg、Mn金属的浸出率。实验结果如图2所示。总体来说,盐酸浓度在2.0~4.5 mol/L时,随着盐酸浓度的增加,金属的浸出率增加,当盐酸的浓度继续增加时金属的浸出率虽然会继续增加,但变化幅度不大。盐酸对Mn的浸出率低于40%,且随着盐酸浓度的增加,Mn的浸出率变化不大;对Cd的去除率随盐酸浓度的改变变化不大,始终为70%左右。采用4 mol/L的盐酸酸溶时,Cu、Zn的去除率达到最大,继续增加盐酸的浓度,Cu、Zn的浸出率降低;其余4种金属Fe、Pb、Mn、Mg的浸出率,随盐酸浓度的增加而增加,但增加幅度不大。综上所述,盐酸对Mn的浸出效果不好,盐酸最适的酸溶浓度为4 mol/L。

  

图2 不同浓度的HCl对金属的浸出

2.4.2 硝酸酸溶水洗渣

使用2.0~5.5 mol/L的硝酸对飞灰水洗渣进行酸溶 (L/S=5∶1),研究硝酸对 Fe、Cu、Zn、Pb、Cd、Mg、Mn金属的浸出率。实验结果如图3所示。

他分析,最初因大家风险意识不强,看不到风险所在处。首先,医院借用品管圈的思路,以历史维修记录、巡检记录、患者或临床投诉以及问卷调查,作为风险识别的素材。其次,采用“情景模拟”的方法,发动一线工作人员,设身处地地思考哪可能是风险高发点。再次,不断触发,随时将新发现的风险填充进风险汇总手册备案表里。“后来,仅医院保卫处就总结了近300个风险点,总务处维保部门提炼了1257多个风险点。”

  

图3 不同浓度HNO3对金属的浸出

从图3可以看出,当硝酸的浓度达到4 mol/L时,若继续增加硝酸浓度,Cu、Zn、Mg 3种金属的浸出率下降;Fe、Pb、Cd、Mn的浸出率仍有增加但幅度不大,且硝酸对Cd的最大浸出率仅约为76%,对Mn的最大浸出率仅约为40%。综上所述,硝酸对Cd、Mn的浸出效果不理想,硝酸最适的酸溶浓度为4 mol/L。

2.4.3 硫酸酸溶水洗渣

从表1中可以看出飞灰中主要的金属元素包括 Ca、Fe、Mg、Zn、Pb,次要元素 Mn、Cd的含量少于0.1%,Cu为0.15%,并且Cl元素的含量较高。飞灰中Cl元素的主要来源是生活垃圾中大量的厨余垃圾及塑料等物质[13]。因飞灰来自垃圾焚烧产生的高温烟尘,对烟尘的处理通常使用半干法,需喷入石灰浆除去烟气中的HCl、SO2酸性气体,因此飞灰中Ca含量较高[14]。酸溶过程中由于Ca的存在会形成沉淀,影响酸溶效果。

中药有其自然特性,且易变质,比如辛夷表面的绒毛极易脱落、当归在暴露环境下易泛油等,若不加包装,学生不便保存和使用。为此,笔者组织学生将中药实物装入透明的塑料封口袋,建立口袋标本。用塑料封口袋包装中药既利于保存,又方便随身携带。学生可以随时打开封口袋,取出中药标本,直接观察、闻气、尝味。

  

图4 不同浓度的硫酸对金属的浸出

随着硫酸浓度的提高,Fe、Cu、Zn、Pb、Cd、Mg、Mn 7种金属的浸出率均提高。但因为硫酸与Pb会形成不溶物,所以Pb的浸出率始终较低,当硫酸的浓度增加到4 mol/L时,Pb的浸出率仅为6.06%。综合以上分析,硫酸对飞灰中Zn、Cd的浸出效果较好,但对其他金属特别是Pb的浸出率较低,硫酸酸溶飞灰的最适合的浓度4 mol/L。

2.4.4 醋酸酸溶水洗渣

醋酸为弱酸,当使用4 mol/L的醋酸进行酸溶(L/S=5∶1) 时金属Fe、Zn、Cu的浸出率较低分别为27.75%,79.48%,57.8%,因此本实验中将醋酸的浓度范围增加为为2~10 mol/L。醋酸酸溶结果如图5所示。

第六,团队协作的基础要由依仗“人多势众”转向“少而精”,抓紧培育杰出的领军人物。要改变以往“人多力气大”的旧观念,更加重视人才的重要性。既要重视对下一代青年闽商的培养,促进知识型新闽商的迅速崛起,使他们拥有较强的适应能力与开拓性,熟悉高科技和现代企业管理工作,尤其要重点扶持那些崭露头角、发展后劲足的精英;也要通过优厚的物质待遇和高效的精神激励机制来引进、留住人才,并创造良好的工作环境和提供宽广的发展空间,使优秀人才能够充分发挥其才智,实现其价值。

  

图5 不同浓度的醋酸对金属的浸出

醋酸对Cd的浸出率在4 mol/L时便达到了100%;对Fe的浸出率始终较低,即使当醋酸的浓度增加到10 mol/L时,飞灰中Fe的浸出率仍低于50%;对金属Pb、Cu、Mn、Mg、Zn的浸出率均随着醋酸浓度的升高而增加,但增加的幅度变小,且当醋酸的浓度为8 mol/L及10 mol/L时,醋酸对金属的浸出率几乎没有变化。由此可知,醋酸对Fe的浸出效果不理想,对Pb的浸出效果最好,醋酸最适合酸溶飞灰的浓度为8 mol/L。

2.5 酸溶残渣中金属的含量

为了进一步探讨飞灰中7种金属在酸中的溶出情况,对酸溶后残渣中金属含量进行测定。为了便于比较,盐酸、硝酸、硫酸、醋酸均以4 mol/L的浓度进行酸溶。酸溶后的残渣经过滤风干后进行消解,消解的方法为称取样品0.100 0g,分别加入5 mL HNO3、2 mL HF、3 mL HClO4进行微波消解,后定容至100 mL比色管中,稀释至不同倍数。采用 ICP 测定溶液中 Fe、Cu、Zn、Pb、Cd、Mg、Mn的等离子的含量。测定结果如表3所示。

表 2是飞灰原样及水洗(L/S=4∶1) 后的XRF检测结果。

 

表3 酸溶残渣中金属的含量(质量分数) %

  

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从表3中可以看出:①盐酸酸溶后残渣中除Fe、Mn的比重增加外,其余金属的比重均减少,特别是Pb、Cd、Mg的溶出率均为90%以上;②硝酸酸溶后的残渣中除Cu、Pb的溶出率分别仅有42.9%、63%外,其余金属均可达到85%以上的溶出率,特别是对Mg的浸出率可达到99%;③硫酸酸溶后残渣中Fe的比重增加,Cd的溶出率最大仅为90%,Cu、Zn、Pb、Mg、Mn的溶出率均低于86%;④醋酸的浓度为4 mol/L时,酸溶残渣中除Cd的溶出率可达到100%外,其余金属的溶出率均低于80%。

[3] 王陆军,金明吉,福田太平.城市固体废物焚烧炉飞灰中重金属酸溶出研究[J].西安师范大学学报,2006,31(6):90-95.

3 结论

1) 飞灰中Ca、Cl含量高,Ca主要以CaCO3、CaSO4的形式存在,Cl主要以KCl、NaCl的形式存在。

2) 飞灰水洗后 K、Na、Cl溶出率分别为97.3%、95.5%和97.9%,水洗可以去除K、Na、Cl,但对其它不溶于水的物质具有富集作用。

3) 烘干之后的水洗渣分别用不同浓度的盐酸、硝酸、硫酸、醋酸进行酸溶,结果表明,硝酸、硫酸最适的酸溶浓度为4 mol/L,醋酸最适合酸溶飞灰的浓度为8 mol/L。盐酸、硝酸对Mn的浸出效果不明显,最大浸出率仅约为40%。硝酸对Pb的浸出率仅为6.06%,对Zn、Mn的浸出效果较好,可达80%。醋酸对Fe的浸出效果不理想,Fe的浸出率低于50%,Pb的浸出率可达90%。

水洗实验浸出液固比为4∶1,水洗时间为60min,搅拌转速400 r/min。水洗反应完成后沉淀过滤得到水洗渣,水洗渣用100 mL去离子水洗涤后低温烘干[12],然后进行酸溶实验。

参考文献:

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[2] 宋旭艳,韩静云,郜志海,等.垃圾焚烧飞灰的酸处理及其固化效果研究[J].非金属矿,2015,38(4):5-9.

(3)采用amtech的芯片作为唤醒芯片,在mcu唤醒以后就让amtech芯片关闭,用其他的传输芯片进行数据的无线传输(此种状态是针对amtech芯片无法完成数据传输的情况下)[3]。

因金属的含量及其存在形式,Cl及其他元素如Si、Al的含量和存在形式会影响重金属的迁移,所以本实验首先使用XRF对飞灰原样中的主要金属元素进行了分析,结果如表1所示。

[5] 徐科,吴立,陈德珍.采用螯合剂稳定垃圾焚烧飞灰中的金属[J].能源研究与信息,2005,21(2):82-89.

[6] 吕华芳.典型国家地区生活垃圾焚烧飞灰重金属污染特性比较及其资源化过程风险评价研究[D].上海:上海大学,2013.

2018年10月22-26日,国际海事组织海上环境保护委员会第73届会议于英国伦敦召开。会议明确自2020年1月1日起,在全球范围开始实施《国际防止船舶造成污染公约》附则Ⅵ关于0.5%燃油硫含量限值的规定。成员国一致同意从2020年3月1日起,禁止未安装洗涤设备的船舶携带高硫燃料油。为实现缔约国顺利履约,本届委员会还审议批准了《统一实施“国际防止船舶造成污染公约”附则Ⅵ中0.5%燃油硫含量限值的船舶实施计划编制指南》(第MEPC.1/Cir.878号通函),并敦请各缔约方报告其港口码头的合规燃油供应情况(第MEPC.1/Cir.880号通函)。

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在控制系统中,参数设置对系统的控制质量具有重要影响,参数整定是工业控制领域里的一项重要内容。以PID控制为例,PID控制器的比例P、积分I和微分D3个参数是PID中最重要的控制参数,对系统的控制性能起着决定性的作用。

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王文祥,李宝花,梁展星,方红生,黄玲,李慧颖
《环境卫生工程》 2018年第02期
《环境卫生工程》2018年第02期文献

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