论文部分内容阅读
随着社会经济的迅速发展，生活垃圾的产量逐年增加，到2011年已达到1.64亿吨，并且每年还在以8％的速度增长。焚烧作为处理城市生活垃圾的一种方法，具有减容、减重明显和热能可回收利用等优点，逐步得到广泛的应用。截至2011年，全国建有各类垃圾焚烧厂90座，大部分集中在经济较为发达的城市，垃圾焚烧规模可达到7.4万吨/天，约占垃圾无害化处理的17.2％。而垃圾焚烧飞灰作为垃圾焚烧后所收集得到的物质，约占垃圾干重的2％-5％，危险废物填埋场的库容已经无法满足快速增长的飞灰量。因此，如何将飞灰从进入危险废物填埋场变为进入卫生填埋场填埋，从而减轻危险废物填埋场的负担越来越受到关注，其中关键在于重金属的治理。
本实验根据药剂稳定法稳定重金属的基本原理，通过对厦门、福州、重庆、武汉、昆山等五个城市的垃圾焚烧飞灰中的Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb六种重金属的浸出毒性进行研究，开发重金属稳定化药剂配方。实验首先探讨了四种有机药剂，即A-CSSH、B-CSSH、C-PSSH、D-CSSH对垃圾焚烧飞灰中的重金属稳定化效果，同时了解了处理效果随药剂用量的变化情况，对比得出最优化的稳定化药剂与稳定条件。其次，探讨了有机药剂之间、有机药剂与无机药剂之间混合对垃圾焚烧飞灰中总金属的稳定化效果。最后，为了进一步检验选出的最优药剂对飞灰的处理效果，通过人为地加入超标数倍的重金属，从而验证了处理效果。同时通过分析稳定化前后飞灰表面的微观特征变化来探讨稳定机理，并提出了进一步处理的建议。其中的研究成果主要包括:
首先，应用单种药剂稳定重金属技术来探讨初始浸出液中重金属的总摩尔数与药剂量之间的配比关系，研究了四种有机药剂A-CSSH、B-CSSH、C-PSSH、D-CSSH，对厦门飞灰中重金属的稳定化效果。4种药剂的用量均采用10μmol/g、20μmol/g、40μmol/g、60μmol/g等四种比例，利用醋酸溶液缓冲法(HJT/300法)评价飞灰中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的浸出毒性。结果发现，在以醋酸为浸提剂，药剂用量20μmol/g的条件下，有机药剂A-CSSH对Ni、Cu的稳定化效果好，稳定化比率接近100％;药剂B-CSSH对Cr、Cu、Cd的稳定化效果好，其中对Cu的稳定化比率接近100％;药剂C-PSSH对Pb的稳定化比率达到100％。4种药剂对6种重金属亲和力的强弱顺序大致为Cu＞Pb＞Ni＞Cr＞Cd＞Zn，在稳定效果理想的情况下，加药量与初始浸出液中的六种金属总摩尔数的比值大概在5左右。并且当加药量超过10倍时，稳定效果与加药量成反比。
其次，针对如何进一步优化药剂配方、降低处理成本等，本实验创新设计利用多种药剂混合稳定重金属方法，其中包括同种性质的有机药剂混合，无机药剂与有机药剂混合两种。在同种性质的有机药剂混合情况下，同种性质的有机剂之间会产生排斥反应，大大降低了重金属的稳定效率。在无机药剂与有机药剂混合的情况下，研究结果表明，与单种有机药剂B-CSSH相比，Cr的稳定化率提高了68.72％，而Cu、Cd、Zn的稳定化率都提高至100％，故在向飞灰中加入有机药剂之前加入Na2S可以作为一种提高重金属稳定化率的有效补充。
最后，通过人为向飞灰中添加重金属和工厂化试验验证了单种药剂稳定中得出的加药量在技术和经济上都是可行的。与常规的药剂稳定化技术相比，本研究所使用的新型稳定化药剂配方具有加药量低、不增容、重金属稳定化率高、药剂成本低等优点。在结合以往在机理研究方面成果的基础上，探讨了有机药剂稳定飞灰中重金属的机理，经扫描电镜发现，飞灰经稳定化处理后，药剂均匀地覆盖在飞灰晶体的表面，使矿物晶体棱角变得模糊。且对进一步重金属的回收和工艺改进方面提出了建议。
本研究为该技术应用于建立飞灰稳定化示范工程提供必需的实验数据和理论基础，同时，期望在以后的研究中能够利用更加先进的技术手段对飞灰中的其他有害物质进行检测，并对稳定机理进行更加深入的研究。