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目录 contents

    摘要

    为考察单质(S)、硫化钠(Na2S)和硫酸钠(Na2SO4)对垃圾焚烧过程中重金属铅(Pb)迁移分布的影响,采用ICP-AES测量重金属浓度,并选用HSC Chemistry软件模拟反应进程以及SEM观察反应后微观形貌。结果表明,硫和硫化物对Pb的挥发具有2个方面的影响。一方面,加入的硫和硫化物能够与Pb发生化学反应生成不易挥发的Pb硫酸盐,降低其挥发;另一方面,硫和硫化物的加入形成钠硫酸盐,具有助熔效果,能够降低灰渣的熔点,易于Pb的挥发。受这2个方面因素的综合影响,加入硫和硫化物后,重金属Pb的挥发率高低依次为Na2SO4>Na2S>单质硫。同时还发现,当温度从600 ℃升至900 ℃时,生成的Pb硫酸盐逐渐分解,助熔效果增强,硫和硫化物降低Pb挥发的效果减弱。

    Abstract

    In this study, the effects of sulfer (S), sodium sulfide (Na2S) and sodium sulphate (Na2SO4) on the migration and distribution of heavy metal (Pb) in the waste incineration process were investigated. ICP-AES was used to measure the concentration of heavy metal. HSC Chemistry software and SEM were used to simulate the reaction process, identify the microstructure of fly ash, respectively. The result shows that sulfur and sulfide addition could reduce or promote Pb volatilization. On the one hand, a chemical reaction occurred between Pb and the additives of sulfur and sulfide, and a non-volatile salt of PbSO4 was formed, which reduced Pb volatilization. On the other hand, the addition of sulfur and sulfide led to the formation of Na2SO4, which facilitated the melting of the ash, reduced its melting point and promoted Pb volatilization. Influenced by above two factors, the volatilization rate of Pb was Na2SO4 > Na2S > S after sulfur and sulfides addition. Moreover, as the temperature increased from 600 ℃ to 900 ℃, the formed PbSO4 decomposed, the effect of melting facilitation increased, Pb volatilization reduction became weak accordingly.

    徐浩然, 张瑞娜, 胡济民, 等. 硫和硫化物对垃圾焚烧过程中Pb迁移分布的影响 [J]. 环境工程学报, 2019, 13(1): 169-176.

    随着我国城市化进程加快,城市生活垃圾的产量也在逐年增加。据统计,2011—2016年,全国生活垃圾清运量从19 395.3万 t·a-1增长到20 362.0万t·a-1;焚烧无害化处理厂由109座增至249[1]。相比填埋法、微生物法处理生活垃圾,焚烧法在减容(约90%)和减量(约80%)方面具有明显优[2]。但焚烧法产生的灰渣和飞灰中会含有多种重金属(如Pb),处理不当会对土壤、水环境和大气造成二次污染,最终通过食物链富集于人体。S、Na2S和Na2SO4在工业、纺织业生产中得到了广泛应[3],会对焚烧过程中Pb的迁移特性产生影响。Pb在氧化条件下为+2[4],会和不同价态的S化合形成PbS、PbSO4等物质,从而改变Pb的迁移特性。

    目前,国内学者对生活垃圾焚烧过程中重金属分布规律的研究已取得一些进展。LIU[5]研究发现,Ca、Mg、Si等元素能够将Cd和Cr固定在灰渣中;严玉[6]采用热力学平衡法研究S对Pb的形态转化的影响;任松彦[7]研究了S、Na2S和Na2SO4对重金属Cd挥发的影响,指出硫和硫化物高温氧化气氛下会产生相对稳定的重金属硫化物。孙[8]选用管式炉探究S对Zn、Ni、Cu迁移分布的影响,指出S会降低Zn、Ni的挥发。

    但上述各研究所用垃圾成分有所不同,而且影响重金属转化的因素较多,故尚未形成有关垃圾焚烧过程中重金属迁移转化规律的统一性认知。本研究选用上海市生活垃圾为原料(主要包括厨余垃圾、塑料、纸类、织物、木屑)来分析不同形态的硫对重金属Pb迁移分布的影响,并讨论考察S的含量和焚烧温度协同时对Pb迁移分布的影响规律。同时,利用SEM微观分析和模拟分析相结合的方法对其机理进行阐述。

  • 1 材料与方法

    1
  • 1.1 实验原料

    1.1

    城市生活垃圾成分复杂,主要包括厨余垃圾、塑料、纸类、织物、木屑、金属等。本实验选用的垃圾样品来源于上海金山生活垃圾处理厂。遵循《城市生活垃圾采样和物理分析方法》(CJ/T 313-2009)将垃圾按照厨余垃圾、塑料、纸类、织物、木屑归类。分类样品置于50 ℃的烘箱内24 h去除外水分,取出后使用德国Retsch颚式粉碎仪将分类样品破碎至粒径为80目。参照上海市城市生活垃圾组分配[9](表1),将归类好的样品进行均匀混合。为进一步认识垃圾的物化特性,对混合样品进行工业分析、元素分析,分析结果见表2

    表1 城市生活垃圾组分配比

    Table 1 Distribution ratio of municipal solid waste group

    垃圾成分上海城市垃圾中占比/%实验样品各组分配比/%
    织物3.125.67
    塑料16.0319.61
    木屑2.432.78
    纸类3.3212.59
    厨余垃圾62.9359.35
    其他12.170

    表2 样品的元素分析和工业分析

    Table 2 Ultimate and proximate analysis of samples

    元素分析/%工业分析/%
    CHONSCl水分灰分挥发分固定碳
    49.3527.59320.4010.2240.7960.3312.95618.34775.6283.069
  • 1.2 实验装置

    1.2

    实验装置如图1所示,由供气系统、焚烧装置、飞灰收集和烟气吸收4部分组成。供气系统由DESRAN空气压缩机、储气罐、空气阀和转子流量计构成。焚烧装置包括程序控温管式炉、石英管。其中管式炉的工作温度范围为100~1 200 ℃;石英管的尺寸为φ50 mm × 1 200 mm。垃圾样品使用刚玉舟装盛,并将其置于管式炉中央。飞灰采用规格为φ25 mm × 90 mm的国标2#超细无胶玻璃纤维滤筒进行收集,该滤筒对0.3 µm以上的颗粒捕捉效率为99.99%。烟气吸收采用酸-碱-硅胶组合装置。

    图1
                            实验装置系统示意图

    图1 实验装置系统示意图

    Fig.1 Schematic diagram of experimental device system

  • 1.3 实验方法

    1.3

    称取制备的垃圾样品2 g并平铺在刚玉舟中,先将石英管置于炉中,打开储气罐,通入载气4 L·min-1,并加热石英管至实验所需的温度。当炉温升到所需温度时,将刚玉舟缓慢推入炉中央。样品完全燃烧后,停止送气,取下和吸收瓶相连的硅胶管,并进行程序降温。实验结束后,将冷却后石英舟中的残渣全部转移到烧杯里,并用0.1 mol·L-1的稀HNO3冲洗石英舟内壁,并一起转移到灰渣烧杯中,作为灰渣;将滤筒取下,剪成碎片,转移至烧杯中,作为飞灰;将吸收瓶中的吸收液移至烧杯中,视为烟气。收集好焚烧产物后,根据不同焚烧产物的性质采用不同的方法进行消解。

    灰渣和飞灰采用的消解试剂为HNO3-HF-HClO4。具体消解操作流程如下:称1 g样品置于烧杯中,加入浓硝酸10 mL,并移至低温电热板上加热溶解30 min;取下冷却,加入浓氢氟酸5 mL,并加热;加热结束后,先冷却5 min,再加入5 mL的高氯酸,并于加热板上蒸发;最后,加入1%HNO3溶液25 mL,煮沸溶液残渣,移至校准过的50 mL容量瓶中加蒸馏水至刻度,备用;在原吸收液中直接滴入盐酸羟胺,使溶液呈无色,加蒸馏水定容至50 mL,备用。消解完毕后,采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)对焚烧产物中重金属的含量进行测试。同一条件进行5次实验,分别测量后取均值。

    对实验结果进行分析讨论时,采用归一化分布来表征Pb在灰渣、飞灰和烟气中的分布。

    G = C P b C P b
    (1)

    式中:G为归一化分布值;CPb为灰渣、飞灰或烟气中Pb质量;CPb总为灰渣、飞灰和烟气中测量到的Pb质量总和。

    在对烟气中的Pb进行ICP-AES检测时,Pb的浓度低于检测限,这是由于Pb属于中度挥发性重金属,焚烧过程中挥发出来的Pb极易在飞灰收集处冷凝,在烟气中几乎检测不到Pb的存[10]。针对Pb在管式炉焚烧过程中的迁移分布特性,并结合理论和实际实验情况,将归一化分布的式子简化。

    R = m P b M P b
    (2)

    式中:R为挥发率,%;mPb为灰渣中Pb的质量;MPb总为灰渣、飞灰中检测到的Pb质量总和。

  • 1.4 分析方法

    1.4

    重金属Pb的回收率按照式(3)进行计算,进行5次预实验,测试Pb的回收率,数据表明重金属的回收率波动范围为72.43%~78.94%。

    R = M P b M P b
    (3)

    式中:R回收为回收率,%;MPb为灰渣、飞灰中检测到的Pb质量总和;MPb样品为样品中Pb的质量。

  • 1.5 热力学模型

    1.5

    在垃圾焚烧过程中,由于重金属属于痕量元素,通过实验的方法分析焚烧产物中重金属及其化合物的形态较为困[11]。对此,众多学者运用热力学模型模拟实验过程,通过平衡计算方法模拟出实验结果。HSC Chemistry是芬兰OutoKumpu研究中心开发的集成热力学数据库软件,用于进行化学反应平衡计算,其基本原理是吉布斯自由能最小法。多位学者已将HSC Chemistry运用于所研究的众多领域,取得了不错的效[12,13,14]

  • 2 结果与讨论

    2
  • 2.1 硫和硫化物对Pb在飞灰中分布的影响

    2.1
  • 2.1.1 焚烧停留时间的确定

    2.1.1

    垃圾焚烧过程中,停留时间越长,剩余质量越少,燃烧越充[15]。在通入4 L·min-1空气为载气的条件下进行实验,得出图2垃圾焚烧剩余产物质量与焚烧停留时间的关系图。实验发现,垃圾推入后15 s左右开始燃烧,在最初4 min内燃烧迅速。不同温度条件下,样品质量减少的速率有所差别,到14 min后,垃圾剩余质量均达到最小,不再变化。因此,垃圾焚烧停留时间确定为15 min。

    图2
                            垃圾焚烧剩余产物质量与停留时间关系

    图2 垃圾焚烧剩余产物质量与停留时间关系

    Fig.2 Relationship between residual product quality and residence time of municipal solid waste incineration

  • 2.1.2 单质硫对Pb挥发率的影响

    2.1.2

    单质硫对Pb在飞灰中的分布如图3所示。由图3可知,单质硫的加入在不同的温度点下对Pb的迁移分布效果不同。当单质硫添加浓度为2.0%,在温度为600、700、800、900 ℃时,Pb在飞灰中的质量占比依次为34.39%、48.83%、76.21%和79.39%。当焚烧温度为600 ℃时,单质硫的加入会减少Pb在飞灰中的分布,但是随着焚烧温度的升高,这种作用越来越弱。甚至当焚烧温度超过800 ℃时,Pb在飞灰中的分布略微增加。

    图3
                            单质硫对Pb在飞灰中分布的影响

    图3 单质硫对Pb在飞灰中分布的影响

    Fig.3 Influence of S on the distribution of Pb in fly ash

  • 2.1.3 Na2S对Pb的挥发率的影响

    2.1.3

    Na2S对Pb在飞灰中的分布如图4所示。Na2S添加浓度为2.0%,在温度为600、700、800、900 ℃时,Pb在飞灰中的质量分布依次为43.44%、68.60%、81.36%和84.42%。在焚烧温度为600 ℃时,Na2S的加入会减少Pb在飞灰中的分布,但随着焚烧温度的升高,Na2S的加入会逐渐增加Pb在飞灰中的分布。

  • 2.1.4 Na2SO4对Pb的挥发率的影响

    2.1.4

    Na2SO4对Pb在飞灰中的分布如图5所示。由图5可知,Na2SO4对Pb的迁移转化特性的影响效果与Na2S类似。Na2SO4添加浓度2.0%,在温度600、700、800、900 ℃时,Pb在飞灰中的质量分布依次为60.03%、78.62%、83.61%和86.08%。在焚烧温度为600 ℃时,Na2SO4的加入会减少Pb在飞灰中的分布,但随着焚烧温度的升高,Na2SO4的加入会逐渐增加Pb在飞灰中的分布。

    图4
                            Na2S对Pb在飞灰中分布的影响

    图4 Na2S对Pb在飞灰中分布的影响

    Fig.4 Influence of Na2S on the distribution of Pb in fly ash

    图5
                            Na2SO4对Pb在飞灰中分布的影响

    图5 Na2SO4对Pb在飞灰中分布的影响

    Fig.5 Influence of Na2SO4 on the distribution of Pb in fly ash

  • 2.1.5 硫和硫化物对重金属Pb的挥发率的影响比较

    2.1.5

    6给出了600、700、800、900 ℃等4个焚烧温度条件下,单质硫、Na2S和Na2SO4对Pb在飞灰中分布影响的比较。由图6可知,当焚烧温度为600 ℃时,单质硫、Na2S和Na2SO4的加入均能减少Pb在飞灰中的分布;当焚烧温度为700 ℃时,单质硫的加入减少了Pb在飞灰中的分布,而Na2S和Na2SO4的加入则增加了Pb在飞灰中的分布;当焚烧温度为800 ℃和900 ℃时,单质硫、Na2S和Na2SO4的加入均能增加Pb的分布。虽然硫和硫化物在不同温度下表现出对Pb挥发率不同的影响特性,但是添加了硫和硫化物后,Pb在飞灰中的分布大小均为Na2SO4>Na2S>单质硫。

    图6
                            硫和硫化物对Pb在飞灰中分布的影响

    图6 硫和硫化物对Pb在飞灰中分布的影响

    Fig.6 Effects of different sulfides on the distribution of Pb in fly ash

  • 2.2 热力学模拟及微观分析

    2.2

    由2.1节的实验结果可知,硫和硫化物促进Pb的挥发率大小依次为Na2SO4>Na2S>单质硫。在不同温度下,硫和硫化物的加入对Pb挥发率的影响具有统一的趋势:随着焚烧温度的升高,由降低Pb挥发逐渐转变为促进Pb挥发。本节采用HSC Chemistry软件模拟和SEM微观观察对实验结果的规律进行进一步分析。

  • 2.2.1 硫和硫化物的比较

    2.2.1

    1) 热力学模拟分析。①确定初始参数。初始参数包括垃圾样品中主要元素的含量、焚烧过程中所需的理论空气量以及样品中Pb的含量。表2给出了垃圾样品的元素含量,设定样品质量为2 g,将元素含量折算为摩尔数。初始参数值如表3所示。②确定初始参数值后,进入HSC Chemistry软件中的Equilibrium Composition组件,输入研究对象的组成元素,对系统给出的Pb的化合物进行筛选,筛选完毕后输入热力学计算工况。为了研究硫和硫化物对Pb的影响,研究的热力学计算工况包括3种:一是工况中不含有S和Cl元素(即输入初始参数值,并去除S和Cl);二是工况中加入S元素;三是除了加入S元素外,还加入0.027 9 mol的Na元素。最后设定温度区间为100~1 100 ℃,选定吉布斯最小自由能法后进行保存并计算。系统根据给定的条件进行热力学平衡的计算,给出Pb的化合物在相应温度区间的热力学平衡分布。

    表3 初始参数值

    Table 3 Initial parameter values mol

    样品中元素含量理论空气量
    CHONSClPbN2O2
    0.082 30.151 90.025 53.200×10-44.975×10-41.865×10-45.247×10-498.66726.228

    由图7中Pb的热力学平衡分布可知,当垃圾中不含有S、Cl时,Pb主要以氧化态的形式存在。但是,加入了S后,PbSO4开始生成,表明S的加入会与Pb反应生成金属硫酸盐。而Pb的金属硫酸盐的熔沸点较高,不易挥发,因而硫和硫化物的加入具有降低Pb挥发的效[16]。然而图7(b)的分布结果也表明,随着焚烧温度的升高,PbSO4的分布越来越少,表明温度的升高会加快PbSO4的分解,因而降低挥发的效果会越来越[5]。图7(c)说明了同时加入Na和S后,PbSO4的分布相对于只加入S的情形大幅减少,可知Na会与系统中的Pb竞争S,从而导致PbSO4的分布减少。因此相比于单质硫的加入,加入Na2SO4、Na2S生成后的Pb的金属硫酸盐量较少,降低Pb挥发的效果较差。而加入等量的Na2SO4和Na2S,Na2SO4提供的S含量比Na2S要少,故生成的Pb硫酸盐量比Na2S要更低。综上所述,通过化学反应生成Pb的硫酸盐从而达到降低Pb挥发的作用,硫和硫化物的强弱顺序依次为单质硫>Na2S>Na2SO4

    图7
                            Pb的热力学平衡分布

    图7 Pb的热力学平衡分布

    Fig.7 Thermodynamic equilibrium distribution of Pb

    2)SEM微观分析。热力学的分析结果指出,硫和硫化物的加入能与Pb反应生成Pb硫酸盐,具有降低Pb挥发的作用。随着焚烧温度的升高,Pb硫酸盐逐渐分解,降低Pb挥发的效果有所减弱。然而实验结果却表明,硫和硫化物降低Pb挥发的效果不但减弱,而且随着焚烧温度升高,逐渐转变为提高Pb的挥发。这表明除了化学因素外,还有其他因素对硫和硫化物加入后对Pb分布产生影响。图8为在温度800 ℃时给出了添加硫和硫化物后灰渣的形貌。由图8可知,在添加Na2SO4(图8(c))后,团聚成核的颗粒最多;添加Na2S(图8(b))次之,而添加单质硫(图8(a))团聚成核颗粒较少,效果也最差。陈[17]研究指出,钠硫酸盐具有助熔效果,可以降低灰渣的熔点,使重金属及其化合物更易于挥发,在气流的带动下冷凝,重金属团聚成核,并附着在飞灰表面这与本研究结果相同。

    图8
                            灰渣的微观形貌

    图8 灰渣的微观形貌

    Fig.8 Morphology of ash

    在氧化条件下,本研究中单质硫与垃圾中本身含有的Na结合生成钠硫酸盐,从而达到促进Pb挥发的作用;Na2S同样能在氧化条件下生成钠硫酸盐,促进Pb挥发;Na2SO4作为钠硫酸盐,本身便具有助熔效果。加入硫和硫化物生成的钠硫酸盐量的大小依次为Na2SO4>Na2S>单质硫,从而体现在助熔效果方面Na2SO4>Na2S>单质硫。因此,综合热力学模拟及微观分析可知,在相同条件下,硫和硫化物对Pb的挥发率高低依次为Na2SO4>Na2S>单质硫。

  • 2.2.2 温度对硫和硫化物效果的影响

    2.2.2

    由热力学模拟和微观分析可知,硫和硫化物对Pb的迁移影响主要受到生成的Pb硫酸盐的量和钠硫酸盐的助熔作用2个方面因素主导,且硫和2种硫化物在这2个方面的作用又有所差别。熔沸点不是重金属挥发性判断的唯一依据。Pb硫酸盐的熔沸点均高于其氧化物的熔沸点,故在低温段,S及含S化合物的加入使Pb易与之反应生成相应的Pb硫酸盐,从而减少Pb在飞灰中的分布。除此之外,S和Na2S容易被氧化成钠硫酸盐,钠硫酸盐具有助熔作用,可以降低灰渣的熔点,使重金属及其化合物更易于挥发,团聚成核并附着在飞灰表[18]。正是这2种因素的共同作用,造成了硫和硫化物在不同温度下对Pb的分布产生了不同的效果。因此,硫和硫化物的加入使得Pb在飞灰中分布增加还是减少,取决于生成的Pb硫酸盐的量和钠硫酸盐的助熔作用这2种因素中哪一种占据主导。由图8可知,Na2SO4的助熔效果最好,单质硫的助熔效果最差。

    不同单质硫、Na2S和Na2SO4在与Pb反应生成硫酸盐的效果上有所不同,Na2S和Na2SO4的加入会给系统中添加大量的Na离子。垃圾中的Na与S有很强的结合能力,会削弱S对Pb的影[19],从而减少难挥发的Pb硫酸盐的形成。与添加单质硫相比,Na2S和Na2SO4的加入增加了Pb在飞灰中的分布。当焚烧温度为600 ℃时,生成的Pb硫酸盐的量较多,而Pb硫酸盐熔沸点较高,不易挥发。因此,如图6所示,在600 ℃的温度条件下,Na2S和Na2SO4的加入会减少Pb在飞灰中的分布;当焚烧温度为700、800、900 ℃时,焚烧温度的升高会促进Pb的硫酸盐的分解,从而削弱了其降低Pb挥发的效果。S在焚烧条件下会被氧化成SO2和SO3,温度越高,产生的气体越多。S与Na结合生成钠硫酸盐降低了灰渣的熔点,故当焚烧温度升高时,单质硫的加入反而增加Pb在飞灰中分布。

  • 3 结论

    3

    1)在相同温度条件下,硫和硫化物促进Pb挥发能力依次为Na2SO4>Na2S>单质硫。

    2)当焚烧温度为600 ℃时,单质硫、Na2S和Na2SO4的加入均能减少Pb在飞灰中的分布。当焚烧温度为700 ℃时,单质硫的加入降低Pb的挥发,而Na2S和Na2SO4的作用相反,促挥发的能力为Na2SO4>Na2S;当焚烧温度为800 ℃和900 ℃时,单质硫、Na2S和Na2SO4的加入均能增加Pb在飞灰中的分布,促进挥发的能力为Na2SO4>Na2S>单质硫。

    3)在不同温度下,Pb在飞灰中分布的大小均依次为Na2SO4>Na2S>单质硫。

  • 参 考 文 献

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    • 7

      任松彦, 马晓茜, 谢泽琼. 城市生活垃圾焚烧重金属的迁移特性[J]. 环境化学, 2012, 31(11): 1821-1822.

    • 8

      孙进. 重金属铜、镍、锌在生活垃圾焚烧过程中的迁移和转化特性研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2015.

    • 9

      贾悦, 董晓丹, 夏苏湘, 等. 上海市分类垃圾理化特性分析及处置方式探讨[J]. 绿色科技, 2013(8): 236-238.

    • 10

      严玉朋. 高岭土对焚烧烟气中Pb、Cd排放的控制特性研究[J]. 燃料化学学报, 2014, 42(10): 1273-1280.

    • 11

      HOLM O, SIMON F G. Innovative treatment trains of bottom ash (BA) from municipal solid waste incineration (MSWI) in Germany[J]. Waste Management, 2017, 59: 229-236.

    • 12

      丁建. 两种废物重金属分布形态的热力学平衡模拟[D]. 沈阳: 沈阳航空航天大学, 2013.

    • 13

      吴桢芬. 气氛对垃圾焚烧中重金属迁移特性的影响[J]. 环境工程学报, 2011, 5(7): 1623-1626.

    • 14

      张光明. 钒钛磁铁矿碳热合成铁基复合材料的热力学分析[J]. 四川大学学报(工程科学版), 2012, 44(4): 191-196.

    • 15

      张衍国, 武俊, 李清海, 等. 垃圾焚烧重金属迁移特性及其影响因素[J]. 环境污染治理技术与设备, 2005, 6(12): 6-7.

    • 16

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    • 17

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    • 18

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    • 19

      XU X T. Effects of sodium sulfate content on mechanical behavior of frozen silty sand considering concentration of saline solution[J]. Results in Physics, 2016, 6: 723-731.

徐浩然

机 构:华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室,上海 200237

Affiliation:Key Laboratory of Coal Gasification and Energy Chemical Engineering, Ministry of Education, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China

角 色:第一作者

Role:First author

邮 箱:348089120@qq.com

第一作者简介:徐浩然(1993— ),男,硕士研究生。研究方向:垃圾焚烧中重金属的迁移。E-mail:348089120@qq.com

张瑞娜

机 构:上海环境卫生工程设计院有限公司,上海 200232

Affiliation:Shanghai Environmental Sanitation Engineering Design Institute Co. Ltd., Shanghai 200232, China

胡济民

机 构:华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室,上海 200237

Affiliation:Key Laboratory of Coal Gasification and Energy Chemical Engineering, Ministry of Education, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China

吴亭亭

机 构:华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室,上海 200237

Affiliation:Key Laboratory of Coal Gasification and Energy Chemical Engineering, Ministry of Education, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China

角 色:通讯作者

Role:Corresponding author

邮 箱:ttwu@ecust.edu.cnttwu@ecust.edu.cn

作者简介:吴亭亭(1969— ),女,硕士,副教授。研究方向:固体废弃物处理转化。E-mail:ttwu@ecust.edu.cn

金曙光,郑晓梅,张利田

角 色:中文编辑

Role:Editor

垃圾成分上海城市垃圾中占比/%实验样品各组分配比/%
织物3.125.67
塑料16.0319.61
木屑2.432.78
纸类3.3212.59
厨余垃圾62.9359.35
其他12.170
元素分析/%工业分析/%
CHONSCl水分灰分挥发分固定碳
49.3527.59320.4010.2240.7960.3312.95618.34775.6283.069
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F001.jpg
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F005.jpg
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F002.jpg
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F003.jpg
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F004.jpg
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F006.jpg
样品中元素含量理论空气量
CHONSClPbN2O2
0.082 30.151 90.025 53.200×10-44.975×10-41.865×10-45.247×10-498.66726.228
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F007.jpg
/html/teepc_cn/201807124/alternativeImage/6eead2d3-5544-4bc8-b553-fe58f3ecefa9-F008.jpg

表1 城市生活垃圾组分配比

Table 1 Distribution ratio of municipal solid waste group

表2 样品的元素分析和工业分析

Table 2 Ultimate and proximate analysis of samples

图1 实验装置系统示意图

Fig.1 Schematic diagram of experimental device system

图2 垃圾焚烧剩余产物质量与停留时间关系

Fig.2 Relationship between residual product quality and residence time of municipal solid waste incineration

图3 单质硫对Pb在飞灰中分布的影响

Fig.3 Influence of S on the distribution of Pb in fly ash

图4 Na2S对Pb在飞灰中分布的影响

Fig.4 Influence of Na2S on the distribution of Pb in fly ash

图5 Na2SO4对Pb在飞灰中分布的影响

Fig.5 Influence of Na2SO4 on the distribution of Pb in fly ash

图6 硫和硫化物对Pb在飞灰中分布的影响

Fig.6 Effects of different sulfides on the distribution of Pb in fly ash

表3 初始参数值

Table 3 Initial parameter values mol

图7 Pb的热力学平衡分布

Fig.7 Thermodynamic equilibrium distribution of Pb

图8 灰渣的微观形貌

Fig.8 Morphology of ash

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无注解

  • 参 考 文 献

    • 1

      石德智. 基于新型分类收集系统的生活垃圾焚烧过程污染物控制及其机理研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2009.

    • 2

      SHI D Z. Effect of MSW source-classified collection on the emission of PCDDs/Fs and heavy metals from incineration in China[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 153: 685-694.

    • 3

      李冉. 重金属的危害及检测技术研究进展[J]. 农业与技术, 2017, 37(16): 63-65.

    • 4

      牛凯莉, 刘向昭, 朱天明, 等. 重金属对粮食的危害及防治[J]. 现代食品, 2018(5): 12-16.

    • 5

      LIU Z S, LIN C L, CHOU J D. Studies of Cd, Pb and Cr distribution characteristics in bottom ash following agglomeration/defluidization in a fluidized bed boiler incinerating artificial waste[J]. Fuel Processing Technology, 2010, 91: 591-599.

    • 6

      严玉朋. 垃圾焚烧过程中半挥发性重金属排放特性及控制研究[D]. 南京: 东南大学, 2015.

    • 7

      任松彦, 马晓茜, 谢泽琼. 城市生活垃圾焚烧重金属的迁移特性[J]. 环境化学, 2012, 31(11): 1821-1822.

    • 8

      孙进. 重金属铜、镍、锌在生活垃圾焚烧过程中的迁移和转化特性研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2015.

    • 9

      贾悦, 董晓丹, 夏苏湘, 等. 上海市分类垃圾理化特性分析及处置方式探讨[J]. 绿色科技, 2013(8): 236-238.

    • 10

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    • 11

      HOLM O, SIMON F G. Innovative treatment trains of bottom ash (BA) from municipal solid waste incineration (MSWI) in Germany[J]. Waste Management, 2017, 59: 229-236.

    • 12

      丁建. 两种废物重金属分布形态的热力学平衡模拟[D]. 沈阳: 沈阳航空航天大学, 2013.

    • 13

      吴桢芬. 气氛对垃圾焚烧中重金属迁移特性的影响[J]. 环境工程学报, 2011, 5(7): 1623-1626.

    • 14

      张光明. 钒钛磁铁矿碳热合成铁基复合材料的热力学分析[J]. 四川大学学报(工程科学版), 2012, 44(4): 191-196.

    • 15

      张衍国, 武俊, 李清海, 等. 垃圾焚烧重金属迁移特性及其影响因素[J]. 环境污染治理技术与设备, 2005, 6(12): 6-7.

    • 16

      SU Y. Effects of municipal solid waste incineration fly ash on solidification/stabilization of Cd and Pb by magnesium potassium phosphate cement[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2016, 4(1): 259-265.

    • 17

      陈勇. 垃圾焚烧中镉、铅迁移转化特性研究[D]. 北京: 清华大学, 2008.

    • 18

      王昕晔. 垃圾焚烧过程中铅和镉的挥发特性及其排放控制研究[D]. 南京: 东南大学, 2016.

    • 19

      XU X T. Effects of sodium sulfate content on mechanical behavior of frozen silty sand considering concentration of saline solution[J]. Results in Physics, 2016, 6: 723-731.