污泥与垃圾共热解/焚烧及产物利用过程汞的迁移特性研究

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随着我国社会经济的发展与城市化进程的逐步推进,市政污泥(以下简称污泥)与城市生活垃圾(以下简称垃圾)处理问题日益严峻。研究表明,二者共热解或共焚烧可经济、高效地对其减量化处理与资源化利用,但该过程中的汞元素污染风险也逐渐引起重视。因此,本文对污泥与垃圾共热解或者焚烧以及共热解产物利用过程汞元素的迁移特性进行研究,主要研究内容及结论如下:
  (1)采用正交法与方差分析法,分析汞在共热解三相产物中的分布及其影响因素,发现在掺混比、热解温度、升温速率、停留时间四种因素中,掺混比对汞元素在三相产物中的分布具有更为显著的影响,且各因素之间不存在明显的交互作用。
  (2)采用机器学习模型与生态风险系数计算,开展汞在共热解炭中的固定率优化与生态风险评估研究,发现当污泥掺混比约87.5wt%、升温速率为7℃/min、热解温度为300℃、停留时间为10min时,汞元素固定率可达25.68wt%,且其生态风险系数在40以下,处于低风险水平。
  (3)采用化学动力学模拟开展共热解产物油气燃烧过程汞的赋存形态研究,发现汞元素在共热解油气燃烧过程中更多地以Hg0形态存在,且随着燃烧温度的升高,更多Hg2+逐渐转化为Hg0;共热解油气中HCl、Cl2、SO2和CH4组分对Hg0的生成具有较大影响,且氯元素是共热解油气中对汞元素的转化影响最大的元素。
  (4)采用实验与模拟相结合的方法,开展共热解利用与共焚烧汞的迁移特性对比研究,发现共热解过程汞元素向固相产物的固定率(25.68wt%)显著高于共焚烧(7.57wt%),因此共热解过程中汞元素可控性更强。同时,共热解炭中汞元素以危害性更小的化学形态存在,使其环境风险系数(<40)远低于共焚烧灰(>320)。
  本文揭示了共热解对三相产物中汞元素分布以及汞元素赋存形态的耦合作用,阐释了三相产物中不同形态汞元素的生态风险特征,解析了共热解利用与共焚烧过程在汞元素分布、汞元素赋存形态、汞元素生态风险等方面的差异,为该过程的汞元素迁移与污染风险控制提供了科学依据和理论支撑。
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