污泥混燃特性及其外加调理剂对重金属迁移转化行为的影响研究

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污泥焚烧/掺烧是一种具有减量化、无害化、资源化及回收能源等优点的污泥处理处置方法;但污泥的高含水率,限制了焚烧技术的推广及应用;并且有关焚烧/掺烧的热力学参数较为缺乏。污泥深度脱水可以解决污泥含水率高的难题,但是污泥中残留有的大量调理剂,而残留调理剂对焚烧过程中重金属迁移转化有重大影响,其对重金属迁移转化影响研究鲜见报道。本文主要研究污泥单烧/混烧的特性,并且深入了解调理剂对重金属迁移转化影响。研究内容主要如下:  (1)利用热重分析法分别对两种生活污泥及两种工业污泥混燃特性进行了研究。结果表明:污泥燃烧分为四个不同的阶段,市政污泥 S1与其他类污泥混烧过程中,各污泥有较明显的交互作用,S1与其他3种污泥按照1:1质量比混合后,其挥发特性指数 D提高较明显,活化能 E降低,而综合燃烧特性指数 S改变不明显。  (2)利用热重分析法研究了污泥与煤及其混合样在不同气氛下的燃烧特性。结果表明:煤掺烧污泥可以提高试样的着火性能;增加 O2浓度可以使热重曲线整体向低温区移动,微商热重曲线峰值增大,峰宽变小,燃烧性能增强;CO2/O2气氛较 N2/O2气氛下着火滞后是因为高浓度的 CO2抑制了混合样的燃烧。  (3)利用小型管式炉模拟焚烧,研究调理剂 AlCl3对重金属迁移转化的影响。结果发现,调理剂 AlCl3的加入阻碍了 Cr、Mn、Zn、Cd、Cu、Pb、Ni向气相中迁移,降低焚烧重金属二次污染的风险。AlCl3对重金属的影响效果依次为Cd>Pb>Zn>Cr>Ni>Cu>Mn,而且 AlCl3添加量越高,重金属的挥发越弱。  (4)选取两种不同调理剂进行模拟焚烧实验,结果发现,FeCl3的加入促进重金属挥发,CaO加入抑制重金属迁移到气相中,联合调理的污泥其残留率比单一调理剂低,两种调理剂耦合促进 Cd与 Pb的挥发。两种调理剂对重金属固定效果不一致,而 Cd基本都在容易迁移的酸可交换态及易氧化态;重金属迁移性过高,不利于重金属稳定在底渣中。  (5)采用化学热力学平衡分析方法,计算深度脱水污泥过程中调理剂的热转化过程及逸出产物,并预测了含 Cl调理剂与 CaO耦合作用对重金属迁移转化及排放的影响。研究结果表明:调理剂 CaO和 FeCl3共存且含量增加时,焚烧过程中 HCl(g)逸出过程变慢,并且 Fe2O3(s)易于和 CaO(s)作用导致 Fe2O3(s)存在温度区间变窄。调理剂 FeCl3及 CaO添加到污泥后,重金属的分布受 FeCl3的影响大于 CaO,导致其形成重金属 Cl化物而挥发,而 Cr与 CaO作用生成CaCr2O4(s)热稳定化学物,抑制了 Cr的挥发。
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