燃料式熔融固化垃圾焚烧飞灰的实验研究.pdf

4 Yoann OGOR,Muriel MORET . Synthse des travaux de modlisation de la production de biogaz en CSD. France CreeD, 2001. 5 Yoann OGOR, Muriel MORET . Programme optimisation du dgazage du centre de stockage de d chets mnagers et assimils de Grand lands. France CreeD, 2001. 6 赵由才. 城市生活垃圾卫生填埋场技术与管理手册. 北京 化学工 业出版社, 1999. 7 庄启化. 填埋气体的迁移控制[ 二] . 环境卫生工程, 2001. 9 2 94～ 96. 8 张冬虎. 简易垃圾填埋场气体迁移控制和回收系统研究. 华中科技 大学, 2003 年硕士论文. 作者通讯处 朱燕 200092 上海市四平路 1239 号 同济大学环境 科学与工程学院李田教授转 E -mail echojuly112480 yahoo. com. cn 2005- 02-23 收稿 燃料式熔融固化垃圾焚烧飞灰的实验研究 ＊ 赵光杰 中国科学院广州能源研究所, 广州 510640 中国科学院研究生院, 北京 100049 李海滨 赵增立 阎常峰 陈 勇 中国科学院广州能源研究所, 广州 510640 摘要 在以柴油为燃料的熔融炉中熔融固化垃圾焚烧飞灰, 并对固化效果进行检验。 进一步探讨了不同环境对飞灰 固化效果的影响规律。 结果表明 飞灰熔融固化后就不再具有浸出毒性的危险废物; 酸性 pH≤4. 5 和碱性 pH ≥ 11. 5 环境对固化效果的影响比较大; 潮湿的环境对固化效果无明显影响。 关键词 垃圾焚烧飞灰 熔融 固化 浸出毒性 ＊国家自然科学基金资助项目 50306026 ; 广东省自然科学基金团 队项目 003045 1 引言 焚烧技术是垃圾处理技术中应用较早、 技术比较 成熟, 且符合“三化”原则的热化学处理技术之一 [ 1] 。 但焚烧产生的飞灰中含有较高浸出浓度的重金属元 素,例如 Pb,Cr,Cd 等, 在自然条件下会渗滤出来污染 环境 [ 2,3] 。因此我国有关标准 GB18485-2001 将飞灰 列为危险废物, 必须进行无害化处理。对飞灰无害化 处理的研究,国外进行得较早 。从早期的水泥固化到 现在的高温等离子处理, 可以说相关技术比较成熟。 目前国际上流行的处理方式有以下 4种 [ 4] 熔融固化 处理、水泥混凝固化处理 、 药剂处理和酸溶液浸出处 理。其中研究最多, 也是美国 、 德国 、 日本等发达国家 最推崇的是熔融固化处理技术。熔融固化分为燃料 式熔融和电热式熔融两种 。国内对飞灰的研究最近 几年才起步 ,热固化处理的研究很少, 浙江大学李润 东等 [ 5] 做过有关飞灰的熔融动力学方面的研究,得出 了飞灰熔融所需热量的理论值。但有关飞灰熔融固 化的研究 ,目前尚未见报道。在此以柴油为燃料的熔 融炉中做飞灰熔融固化实验, 考察了飞灰熔融后, 重 金属的固化效果以及浸出条件的变化对固化稳定性 的影响。所得结论将为飞灰的固化处理提供一定的 理论依据。 2 实验部分 2. 1 垃圾焚烧飞灰样品分析 本实验所用的飞灰样品取自深圳某垃圾焚烧电 厂、 炉排炉、静电除尘, 焚烧温度 850～ 900 ℃。飞灰 的基本物化分析列于表 1。 表 1 飞灰的物化特征 化学组成 干基 灰熔点 ℃ SiO227. 2 DT1 195 CaO15. 5 ST1 210 MgO20. 1 HT1 235 Al2O3 11. 9 FT1 275 Fe2O3 4. 03 热灼减率3. 98 Na2O 5. 05 水分1. 02 MnO0. 15 堆积密度 103kgm- 30. 653 P2O52 . 49 SO36. 79 2. 2 实验装置与方法 实验装置如图 1所示。 56 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 图 1 燃料式飞灰熔融炉示意图 工作参数 燃料 0 柴油; 耗油量 7. 4 kg h; 处 理量 10 kg h; 最高温度 1 400 ℃。 实验前先关闭排渣口 ,往炉内装入飞灰。然后开 启燃烧机 ,当温度升至1 270 ℃时 ,打开排渣口 ,熔渣 从排渣口流出。图 2 为飞灰固化后的外观 一种是直 接流出的形状, 另一种是流入水中急冷后的形状。 图 2 飞灰固化后的外观形状 2. 3 飞灰及熔渣浸出毒性测试 根据标准 GB5086. 2 -1997 固体废物浸出毒性 浸出方法 水平振荡法 , 取 100 g 样品 干基 放 入2 L广口聚乙烯瓶中, 加入 1 L 蒸馏水, 盖紧瓶盖后 垂直固定于往复式水平振荡机上, 室温下振荡 8 h 转 速 110 10r min, 振幅 40 mm ,取下静置 16 h 后用 0. 45 μ m 微孔滤膜过滤 ,收集全部滤液即浸出液, 用 电感耦合等离子体全谱发射光谱仪 ICP 测出 。 3 实验结果及讨论 3. 1 飞灰熔融后重金属的固化效果 垃圾焚烧飞灰需要稳定化处理的最直接的原因 是由于它是具有浸出毒性的危险废物。所以 ,飞灰固 化后 ,不管是填埋,还是资源化应用 ,都必须考虑其对 环境的影响 。同时 ,为了考察固化的效果 ,也要对其 进行检 验。根据 危险废物的浸出毒性鉴别标准 GB5085. 3 -1996 , 浸出液中任何一种危害成分的浓 度超过规定的标准值 ,则该废物是具有浸出毒性的危 险废物。 表 2 飞灰固化后的浸出毒性mg L 重金属 元素 飞灰 浸出值 飞灰固化后 浸出值 浸出毒性 鉴别标准 As1. 50 Ba8. 6470. 036100 Be0. 10 Cd0. 040. 30 Cr5. 4630. 0121. 50 Cu0. 16450 Ni0. 25410 Pb43. 033 Zn5. 4260. 05650 从表 2可以看出, 飞灰固化前由于 Pb 和 Cr 两种 重金属的浸出值超过浸出毒性鉴别标准 ,所以属于具 有浸出毒性的危险废物, 必须进行无害化处理 。飞灰 固化后,所有重金属的浸出值都远远低于浸出标准。 其中有一半以上的重金属元素在浸出液里检测不到, 这说明固化效果非常理想 。 3. 2 填埋环境对飞灰固化效果的影响 飞灰熔融固化后, 如果不做材料化应用, 一般就 直接填埋。填埋环境的不同, 可能会出现固化后已达 标的飞灰, 由于填埋环境的影响, 使得某些重金属的 浸出值又重新超标 。为了考察酸性和碱性填埋环境 下固化飞灰的稳定性, 本试验用不同 pH 值的浸取液 来模拟填埋环境 ,做固化后飞灰的浸出实验。实验中 用盐 酸 HCl 、 冰 醋 酸 CH3CH2OOH 和 氨 水 NH3 H2O 、 氢氧化钠 NaOH 配制成浸取液 ,其他实 验条件和浸出毒性一样, 结果见表 3。 由表3 可见, 固化后已达标的飞灰, 如果置于酸 性 pH≤4. 5 或碱性 pH ≥11. 5 环境中 , 部分重金属 的浸出值将超标 , 仍属于具有浸出毒性的危险废物。 其中酸性环境对固化效果的影响要大一些 碱性环境 下只有Cd 和 Pb超标, 而酸性环境下 As、 Cd、 Ni 、 Pb 和 Zn 都超标。上述影响应该随着浸出时间的增加而愈 发明显,所以飞灰固化后不能直接填埋于酸性或碱性 较强的环境 。 另外, 填埋环境也可能存在比较潮湿 ,含水比较 高的情况。为了考察这种环境下固化后飞灰的稳定 性,本实验研究了液固比 L S 对固化后飞灰重金属 浸出的影响 。选取液固比进行研究 ,其他实验条件和 57 环 境 工 程 2005年 10 月第 23卷第 5 期 浸出毒性的试验条件一样 ,结果见表4 。 表 3 浸取液 pH 值对固化效果的影响mg L 重金属 pH 1. 702. 474. 125. 918. 1510. 2011. 7512. 47 As3. 9380. 7450. 2770. 0670. 0520. 1280. 318 Ba61. 9137. 072. 1991. 2640. 1821. 7452. 0394. 787 Cd5. 1164. 2131. 1010. 0270. 0950. 0060. 4910. 337 Cu11. 7422. 171. 96611. 848. 103 Ni20. 917. 8061. 0690. 959 Pb77. 7080. 934. 4961. 08324. 1821. 69 Zn1 364561. 940. 3117. 8112. 3220. 0916. 0824. 92 注 未列出的重金属 Be 和Cr 在浸出液里未检测到。 表 4 液固比对固化效果的影响mg L 重金属 L S 5102035456080100 As0. 0900. 0700. 4480. 2630. 2610. 3780. 6080. 774 Ba0. 0850. 6700. 774 Cd0. 0060. 0060. 0360. 0800. 121 Cu0. 3240. 295 Zn0. 1430. 0560. 9560. 5370. 5520. 5760. 6680. 721 注 表中未列出的重金属 Pb、 Ni 、Be 和Cr 在浸出液里未检测到。 由表 4 可见, 液固比对飞灰的固化效果影响较 小,所有重金属的浸出值都远远低于浸出标准 。也就 是说, 固化后达标的飞灰在水分高、潮湿的环境中填 埋是安全的 。另外 ,随着液固比的增加 , 大多数重金 属元素的浸出值存在增加的趋势。 4 结论 1 飞灰熔融固化后 ,所有重金属元素的浸出值 都远远低于浸出标准 ,固化效果非常好 。 2 酸性 pH ≤4. 5 和碱性 pH ≥11. 5 环境对飞 灰固化效果的影响十分明显。固化后的飞灰 ,如果填 埋于上述环境, 重金属的浸出值将超过浸出标准, 仍 为具有浸出毒性的危险废物。 3 潮湿的环境对飞灰固化效果无明显的影响, 重金属的浸出值依然远远低于浸出标准 。固化后的 飞灰填埋于这种环境是安全的 。 参考文献 1 宋玉银. 城市固体废弃物的治理技术. 环境科学技术, 1991. 4 2 41～ 45. 2 Li Min,Hu Song , Siang Jun, et al. Characterization of Fly Ashes from Two Chinese Municipal Solid Waste Incinerators. Energy whereas Fe2 has inhibition to this reaction. DYB1 Dian Yuan Bacteria 1 in the course of breeding it with Fe2as the energy can turn Fe2 into Fe3 effectively. Combining this functionwith the above -mentioned reaction can keep on the constant concentration of Fe3and maintain circulation of desulfuration. Keywords flue gas desulfurization, Fe3catalysis, microoganism and coordinate effect STUDY ON SKEW GAS FLOW DISTRIBUTION OF ELECTROSTATIC PRECIPITATOR WITH CFD Dang Xiaoqing et al 45 Abstract On the basis of discussing effect of electrostatic precipitation gas flow distribution on dedusting efficiency, it is introduced skew gasflow technology which can reduce reentrainment and improve the efficiency effectively;and the gas flow distribution in electric field is simulated numerically using CFD, which provides a adjusting and parameters of distribution devices that realizing skew gas distribution in electric field. Keywords electrostatic precipitator, gas flow distribution, skew gas flow technology and CFD EXPERIMENTAL STUDY ON CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILER DESULFURATION Ma Linzhuan et al 47 Abstract It was conducted that an industrial test of adding limestone to a circulating fluidized bed CFBboiler 75 t h. The effects of Ca S ratio, bed temperature and suphur content of the coal etc on the desulfuration efficiency were obtained when high -sulphor hard coal was combusted. The optimal Ca S ratio and control parameter of desulphuration under actual operation of CFB boiler were also proposed based on the analysis of the test results. Keywords desulphuration, Ca S ratio, CFB boiler and hard coal DEVELOPMENT AND APPLICATION OF AXIAL FAN AT HIGH TEMPERATURE IN WET ARRESTING DUST OF SHAFT CEMENT KILNLiu Jianshou et al 51 Abstract The article introduces a new axialfan used athigh temperature and high moisture and high dust. Itmakes use of structure ofwater cooling and lubrication and protected belt and clean dust door and so no. It features huge diameter, enormous wind and low pressure. Keywords axial fan used in high temperature, shaft cement kiln, wet arresting dust, water cooling and lubrication ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF VERTICAL WELLS AND HORIZONTAL COLLECTORS USED IN LANDFILLZhu Yan et al 53 Abstract Characteristics of two different suction systems for landfill gas in the largest landfill site of Europe are investigated. Based on field testing and data analyzing, the characteristics such as quality and quantity of the landfillgas, the suction pressure, construction and operation costs are discussed. The advantages and disadvantage of the two systems and their applicability are also summarized. The results are helpful to researchers and engineers in developing countries for their new landfill design and construction. Keywords landfill gas LFG, suction system, verticalwell and horizontal collector EXPERIMENTAL STUDY ON SOLIDIFYING FLY ASH FROM REFUSE INCINERATION BY FUEL MELTINGZhao Guangjie et al 56 Abstract Fly ash from refuse incineration is solidified in a melting furnace that takes diesel fuel as its fuel, the solidifying effect is examined. The influence of different environments on the solidifying effect is also explored. The results show that the fly ash has no toxicity after its melt solidification; acidic pH≤4. 5and alkaline pH≥11. 5environments have a greater effect on the solidification, whereas a wet one hasno obvious effect on the solidification. Keywords fly ash from refuse incineration, melt, solidification and leach toxicity RESEARCH ON THE EFFECT OF LEACHATE RECIRCULATION TECHNOLOGY ON GAS PRODUCTIONBY SEMI-AEROBIC LANDFILLHuang Qifei et al 59 Abstract A simulated large scale landfill was established according to the semi -aerobic landfilling theory. A tracer monitoring for the landfill gas concentration variation on the condition of leachate recycling as compared with that of the un-recycling in semi -aerobic landfill. The results shows that leachate recycling in semi-aerobic landfill reduces the amount of leachate, and does not cause the accumulation of NH 4-N concentration. On the other hand, leachate recycling in semi -aerobic landfill can cause the velocity of methane production faster. The methane concentration in leachate recycling system doubled than the un -recycling one. So it does good to accelerate the stabilization of landfill. Keywords semi -aerobic landfill, leachate recycling, municipalwaste solid and methane THE DESIGN AND APPLICATION OF FLY ASH -SLAG PAVEMENT CONCRETE WITHOUT 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 5,Oct. , 2005