与其他生活垃圾处理技术相比，焚烧法占地面积小，消毒彻底，减容效果显著，还能回收一部分热能，因此在我国发展迅速。但焚烧产生的垃圾焚烧飞灰富含大量有毒重金属，被列为危险废弃物，必须经有效处理后方可填埋。水泥固化、化学药剂稳定化及热处理是目前垃圾焚烧飞灰处理的主要方式。水泥固化技术工艺成熟、操作方便、成本低，但飞灰增容增重比大，加之飞灰中的盐分高，固化体易破裂;化学药剂稳定化技术稳定化程度高、增容增重小，但多种重金属的同步固化实现困难，药剂生产成本高;热处理技术重金属浸出浓度低，处理后的飞灰化学性能和机械性能好，但高温热处理消耗大。寻找一种重金属稳固化效果好、成本低、能耗少、可实现飞灰的资源化利用的方法是目前亟需解决的问题。
本文提出一种使用少量硅灰或硅胶等无定形纳米级SiO2材料进行中温热处理稳固垃圾飞灰重金属的方法，并与NaH2PO4处理法和硅灰/硅胶养护法进行对比，采用国标醋酸溶液缓冲法和欧盟去离子水法两种浸出标准，对三种处理后的飞灰固化体进行浸出实验，研究相关工艺参数对重金属浸出浓度的影响规律，通过BCR连续浸提实验考察反应前后重金属形态的变化，并结合XRD、SEM、BET等测试手段观察反应前后飞灰物相、微观形貌、孔隙分布的变化，分析重金属的稳固化机理。本文得到的主要结论如下:
NaH2PO4处理垃圾飞灰可有效降低浸出液中Pb的浓度。随着NaH2PO4的添加量的增加，国标和欧标浸出液中重金属的浓度均呈下降趋势。当NaH2PO4添加量达到4％后，重金属浓度下降趋势变缓。反应温度越高，国标和欧标浸出液中重金属浓度越高，当反应温度为20℃时，重金属稳固化效果最好。固化时间越长，国标和欧标浸出液中重金属浓度越低，对于NaH2PO4处理后的飞灰而言，3天的固化时间已经足够。随着初始液固比的升高，国标法浸出液中Pb、Cd、Cu、Zn浓度大致呈下降趋势，而在欧标法浸出液中其浓度趋势相反。XRD分析结果显示，NaH2PO4与CaClOH等物质反应生成Ca5(PO4)3Cl和Ca5(PO4)3OH等物质，转变了重金属的化学形态，将重金属稳固在磷酸盐晶格中，降低了飞灰的浸出毒性。
硅灰和硅胶处理垃圾飞灰，若采用空气养护，欧标法浸出液中Pb、Cd、Zn、Cu的浓度稍有下降;若采用蒸汽养护，欧标法浸出液中重金属的浓度均显著降低。当硅灰添加量为10％或JN-40硅胶添加量25％，蒸汽养护30天时，欧标法浸出液中Pb的浓度下降到0.04mg/L和0.05mg/L，Cd的浓度可下降到0.049mg/L和0.045mg/L，Cr的浓度可下降到0.58mg/L和0.48mg/L，Cu的浓度可下降到0.03mg/L和0.01mg/L，Zn的浓度可下降到0.04mg/L和0.05mg/L，选择合适的参数适当调节Cr的浸出浓度，硅灰/硅胶蒸汽养护样可满足欧盟填埋场标准。XRD分析结果显示，在蒸汽养护条件下，硅灰和硅胶与飞灰中的含钙物质和重金属物质反应生成CSH胶体或硅酸盐如CaSiO3、PbSiO3等;此外，飞灰中的碱性物质CaClOH与重金属物质、空气中的CO2反应生成CaCO3、Cu2(OH)2CO3、ZnCO3、Zn(OH)2等物质。在高pH值如欧盟去离子水浸出标准下，CSH胶体、硅酸盐、重金属碱类和碳酸盐比较稳定，可有效抑制重金属的浸出;而在低pH值如国标醋酸法浸出标准下，CSH胶体遭酸蚀破坏，重金属碱类和碳酸盐完全溶解，导致重金属稳固效果不佳。
硅灰和硅胶中温热处理飞灰过程中，硅灰和硅胶与飞灰中的钙基物质反应生成CaSiO3、Ca2SiO4、Ca3SiO4Cl2、Ca3Fe2(SiO4)3以及氢氧硅磷灰石等硅酸盐相，转变了重金属的化学形态，将重金属稳固在硅酸盐晶格中，降低了飞灰的浸出毒性;在硅灰添加量为10％或JN-40硅胶添加量25％，热处理温度600℃条件下，热处理1h后，飞灰国标法浸出液中Pb的浓度由11.91mg/L分别降至0.79mg/L和0.78mg/L，Cd的浓度由3.18mg/L分别降至0.09mg/L和0.10mg/L，Zn的浓度由9.48mg/L分别降至0.28mg/L和0.74mg/L，Cu的浓度由7.45mg/L分别降至0.65mg/L和0.69mg/L;热处理过程中Cr的浓度有所上升但未超出我国生活垃圾填埋场控制标准。本方法热处理温度为600℃，低于熔融、烧结处理温度，可抑制重金属挥发。热处理过程可在流化床中进行，引入焚烧炉烟气直接加热飞灰，产生的气体进入焚烧炉的尾气处理系统，节约能源，不需要额外增加设备。
- 作 者：
- 孙立
- 学科专业：
- 动力工程及工程热物理；工程热物理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 东南大学
- 导师姓名：
- 吴新
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
