论文部分内容阅读
依据生态文明建设战略部署,根据新形势下国家生态环境保护的总体要求,围绕“同根同源,协同处置”的生态循环治废理念,开发纳滤膜浓缩液淋滤焚烧飞灰协同处置及热处理技术。以杭州市某垃圾焚烧厂焚烧飞灰和北京某填埋场纳滤膜浓缩液作为研究对象,通过去除纳滤膜浓缩液的色度、难生化降解有机污染物等特征污染物以及焚烧飞灰中可溶性氯盐,实现了纳滤膜浓缩液从“难处置的高浓度有机废水”变成“可处置的高盐废水”;本文主要探究了温度、时间、助剂对淋滤灰渣重金属固化率的影响,经热处理后将纳滤膜浓缩液中的大部分有机物焚毁,焚烧飞灰中的重金属得以固化并探讨固化机理,同时在实验室条件下探讨淋滤灰渣进入垃圾焚烧炉中循环处置的可行性,有望实现垃圾焚烧厂纳滤膜浓缩液和焚烧飞灰“不出厂”内部环境无害化处置的新模式。纳滤膜浓缩液经焚烧飞灰淋滤后,纳滤膜浓缩液中化学需氧量COD、生化需氧量BOD5、氨氮NH4+-N、悬浮物SS的去除率分别为66%、60%、74%和92%;PO42-全部截留在焚烧飞灰中形成稳定的磷酸盐;焚烧飞灰中的SO42-的溶出率仅为11%;而Cl-的溶出率最高为80%,Cl-主要以Na Cl、KCl等可溶性氯盐形式溶出。对焚烧飞灰和淋滤灰渣进行矿物相、主成分、重金属含量和浸出浓度分析可以得出,淋滤灰渣呈现不规则的泥状形态,多数以针状和多孔球状颗粒的形式附着于泥状颗粒上。焚烧飞灰和淋滤灰渣中由Ca、Cl、Si、Na、K等元素组成,淋滤灰渣的矿物相主要为Ca CO3、Ca SO4、Si O2,且峰值比焚烧飞灰明显增强。焚烧飞灰和淋滤灰渣中重金属Pb的浸出浓度均超过《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）规定的标准限值。淋滤灰渣中二噁英的含量为1μg/kg,满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）规定的限值要求。对淋滤灰渣进行热处理,探讨温度、时间、助剂三要素对重金属固化率和浸出浓度的影响。结果表明:热处理温度是影响重金属固化率的重要因素,其次是时间。结合重金属固化率及浸出浓度分析,确定最佳工艺参数为热处理温度800℃和热处理时间60 min,此时重金属Pb、Cd、Cr、Cu和Zn的固化率分别为48%、68%、80%、78%和73%;浸出浓度分别为1.07、0.05、4.1、0.12和1.86 mg/L,均在《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）标准限值内。探究最佳工艺参数条件下助剂对淋滤灰渣重金属固化率的影响,结果表明:加入CA助剂后,重金属Cu、Zn、Cr的固化率分别为77.3%、74.5%和82.5%;加入助剂CB后,重金属Cu、Zn、Cr的固化率分别为78.8%、80.1%和80%,相比未添加助剂样品重金属固化率增幅均在15%左右。Al更容易取代四面体结构中桥氧键,更易生成Na Al Si O4和Ca Al4O7进而固化更多的重金属。根据最佳工艺条件,采用人工配比实验对重金属（Cu、Zn、Cr、Pb、Cd）在800℃-1000℃进行固化机理探究,分析800℃淋滤灰渣中重金属可能存在的硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐形态,结果表明,800℃下生成Ca10[（Si O4）3（SO4）3]F2（羟硅硫灰石）,重金属Cu以Cu SO4、Cu Si O3、Cu O形式存在;重金属Zn以Zn SO4、Zn Si O3、Zn O和Zn3（PO4）2形式存在;重金属Cr以Ca Cr O4、Cr2O3形式存在;重金属Pb以Pb SO4、Pb O、Pb3（PO4）2、Ca2Pb O4以及少量Pb Si O3形式存在;重金属Cd以Cd O、Cd SO4和Cd Si O3的形式存在。分析1000℃淋滤灰渣中重金属（Cu、Zn、Cr、Pb、Cd）可能存在的硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐形态,结果表明,1000℃下生成Ca5（Si O4）2（SO4）（硫铝酸钙）,重金属Cu以Ca2Cu O3、Ca3Cu7O10、Cu O以及少量Cu Si O3形式存在;重金属Zn以硅锌酸盐-复锌绿纤石和Zn O的形式存在;重金属Cr以Cr2O3形式存在;重金属Pb以Pb SO4、Pb3（PO4）2、Ca2Pb O4和少量Pb Si O3形式存在;重金属Cd以Cd SO4和Cd Si O3的形式存在。对纳滤膜浓缩液淋滤焚烧飞灰后淋滤灰渣800℃热处理产物进行危险特性鉴别,结果表明:800℃热处理产物均符合《危险废物鉴别通则（GB5085.7-2007）》标准限值。同时,本文提出生态循环处置方式为将淋滤后的灰渣再次进入焚烧炉内焚烧,形成底灰用于建筑材料的生产,而淋滤后的高含盐量及低有机污染物浓度的废水最终进入中水回用系统,以实现生活垃圾焚烧厂主要二次污染物可持续治理。实验模拟生活垃圾焚烧炉进行配比生活垃圾掺烧实验,选择淋滤灰渣与生活垃圾按照质量比1:30和1:50进行热处理,烧结产物中重金属特性均满足《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别（GB5085.3-2007）》和《危险废物鉴别标准-毒性物质含量鉴别（GB5085.6-2007）》限制要求。综上所述,纳滤膜浓缩液淋滤焚烧飞灰技术有效的淋滤出焚烧飞灰中可溶性氯盐,并且经相对低温的条件处理后重金属含量、浸出浓度和二噁英含量均在相应的标准限值内。生态循环治理方式可以将焚烧飞灰和纳滤膜浓缩液在垃圾焚烧厂中自行消纳,为在实际工程应用中提供数据理论指导。这很可能会是在环保领域引发的一场焚烧飞灰协同处置技术的极具历史意义的新革命。