垃圾衍生燃料燃烧飞灰中重金属元素的浸出机制研究-李兴华.docx

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1、国内图书分类号： X799.3 国际图书分类号： 密级：公开 西 南 交 通 大 学 研 究 生 学 位 论 文 垃圾衍生燃料燃烧飞灰中 重金属元素的浸出机制研究 年 级 2014级 姓 名 李兴华 申请学位级别 工学硕士 专 业 环 境 科 学 与 工程 指 导 老 师 黄 涛 教 授 Classified Index:X799.3 U.D.C:(此处填国际图书分类号 ) 邐驪 Southwest Jiaotong University Master Degree Thesis RESEARCH ON LEACHING MECHANISM OF HEAVY METALS IN REFUSE

2、DERIVED FUEL COMBUSTION FLY ASH Grade: 2014 Candidate: Li Xinghua Academic Degree Applied for : Master Speciality: Environmental Science and Engineering Supervisor: Prof. Huang Tao May， 2017 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部

3、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1. 保密口，在年解密后适用本授权书 ; 2. 不保密 s/， 使用本授权书。 (请在以上方框内打 “ V” ） 学位论文作者签名 : 曰期： 指导老师签名 曰 期 ： 丄 西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献 ） 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 本论文以不同地区填埋场堆积的 2种陈化飞灰（堆积时间半年）及 2种新鲜飞灰 (堆积时间一周）为研究对象，在不同 pH浸出实验的基础上，应用地球化学模拟软件 Visual MINTEQ对飞灰中重金属元素 （ Cu、 Cd、

4、Cr、 Pb、 Zn)的浸出机制进行分析研 究，重点考虑温度这一参数对重金属浸出行为的影响，从而为 RDF燃烧飞灰的资源化 利用提供参考依据。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违 反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 日期：圳 7 - 摘 要 随着垃圾焚烧技术在国内的发展，垃圾衍生燃料 （ Refuse Derived Fuel， RDF)凭 借燃烧充分、热值高、燃烧产物污染程度低等优

5、势，在国 内开始被广泛关注。 RDF燃 烧后产生的飞灰具有潜在的资源化利用前景，但是处置不当仍对环境存在一定的危害。 目前，国内外对 RDF飞灰的理化特性做了大量的研究，但对 RDF燃烧飞灰中重金属 的浸出机制研究甚少。本论文旨在研究填埋场堆积的 RDF飞灰中重金属的浸出机制， 为 RDF飞灰的资源化利用提供参考依据。重点进行以下几方面的工作： (1) 本论文以不同地区填埋场堆积的 2种陈化飞灰（堆积时间半年）及 2种新鲜 飞灰（堆积时间一周）为研究对象，进行了不同 pH值下的浸出实验，实验结果表明， 两种RDF飞灰中， Cu、 Zn、 Cd、 Cr及 Pb的浸出行为均为阳离子浸出模式，随着

6、pH 值的增加浸出液中元素浸出浓度会降低； Cr的浸出行为也类似于两性浸出模式，浸出 液中的元素浸出浓度在中性 pH条件 （ pH约为 7)时最低，而在酸性和碱性环境下增 大。 (2) 采用地球化学模拟软件 Visual MINTEQ模拟室温下不同 pH值下重金属浸出 过程，从而通过模拟结果分析比较重金属的浸出机制。结果表明： Cr及 Cu属于氧化 还原反应敏感型元素 ,Cd、 Pb及 Zn则属于敏感性较低或无氧化还原敏感型元素；重金 属元素中 Cr、 Cu、 Cd、 Pb 及 Zn 分别以 Cr (III)、 Cu (II)、 Cd (II)、 Pb (II)及 Zn (II)形态存在。 (

7、3) 采用地球化学模拟软件 Visual MINTEQ模拟不同温度下重金属浸出过程， 从而研究温度是否对重金属的浸出行为存在影响。结果表明：不同温度下，同种重金 属在陈化飞灰与新鲜飞灰中的浸出行为表现一致；温度对重金属元素 Cd、 Pb和 Zn的 浸出影响很小，而对 Ci 及 Cu的浸出有一定的影响，在一定 pH范围内，温度越高 Cr 及 Cu重金属元素越易浸出，温度越低越不利于 Cr及 Cu重金属元素的浸出。 本论文完成了对 RDF燃烧飞灰中重金属浸出机制的研究，模拟分析了不同温度对 重金属浸出行为的影响，对 RDF燃烧飞灰的资源化利用具有一定参考价值。 关键词：垃圾衍生燃料；飞灰；重金属；

8、浸出机制 Abstract With the development of waste incineration in China, Refuse Derived Fuel (RDF) has been widely concerned in the country because of its full combustion, high calorific value and low pollution of combustion products. The fly ash generated after the incineration of RDF has the potential o

9、f resource utilization, but it is also harmful to the environment, if it is disposed improperly. At present, there are a lot of research on the physical and chemical properties of RDF fly ash at home and abroad. However, there is little research on the leaching mechanism of heavy metals in RDF incin

10、eration fly ash. The purpose of this paper is to study the leaching mechanism of heavy metals in RDF fly ash accumulated in landfill, and to provide reference for RDF fly ash resource utilization. Focusing on the following aspects of research work: (1) In this paper, two kinds of aged fly ash (accum

11、ulation time of six months) and two kinds of fresh fly ash (accumulation time one week) were collected from different landfill sites. The leaching experiments at different pH values were carried out. The result showed that the leaching behavior of Cu, Zn, Cd, Cr and Pb in the two kinds of RDF fly as

12、h is similar to that of cation leaching pattern. The leaching concentration decreased with the increase of pH value. The leaching behavior of Cr is also similar to the amphoteric leaching pattern, the leaching concentration of the element is the lowest at neutral pH (pH=7) and increases in acidic an

13、d alkaline environments. (2) The leaching process of heavy metals at different pH values and room temperature was simulated by geochemical simulation software. It is found that the leaching control mechanism of heavy metal elements is the same in the two kinds of fly ash. In the leaching process, Cr

14、, Pb and Cu belong to the redox reaction sensitive elements; Cd and zinc belong to low sensitivity or no redox sensitive elements. And Cr is present in Cr (III) form; Cu is present in Cu (II) form; Cd is present in Cd (II) form; Pb is present in Pb (II) form; and Zn is present in Zn (II) form. (3) T

15、he leaching process of heavy metals at different pH values and different temperatures was simulated by geochemical simulation software. So as to study whether the temperature has an effect on the leaching behavior of heavy metals. The leaching mechanism of heavy metal elements based on pH value at d

16、ifferent temperatures showed that the effect of temperature on the leaching of heavy metals Cd, Pb and Zn is very little, but the leaching othe temperature, the harder of the leaching of heavy metal elements of Cr and Cu. In this paper, the mechanism of heavy metal leaching in RDF combustion fly ash

17、 was studied. The influence of different temperature on the leaching behavior of heavy metals was simulated and analyzed, which had some reference value for the utilization of RDF combustion fly ash. Key words: Refuse derived fuel; Fly ash; Heavy metal; Leaching mechanism 目 录 mm . 1 u研究背景及意义 . 1 1.2

18、国内外研究现状 . 1 1.2.1生活垃圾的产生及处理现状 . 1 1.2.2城市生活垃圾焚烧技术 . 2 1.2.3垃圾衍生燃料 （ RDF)国内外研究进展 . 3 1.2.4垃圾焚烧飞灰研究进展 . 4 1.3研究目标、主要内容及方法 . 8 1.3.1研究 S标 . 8 1.3.2研究内容 . 8 1.3.3研究方法 . 9 1.4技术路线 . 9 第 2章垃圾焚烧飞灰重金属 浸出特性及影响因素 . 11 2.1飞灰重金属来源、分布 . 11 2.2飞灰重金属的毒性和危害 . 11 2.3飞灰重金属浸出特性 . 12 2.4飞灰重金属的浸出过程 . 14 2.4.1表面浸出和溶解的初始阶

19、段 . 14 2.4.2酸溶相的浸出行为 . 14 2.4.3基体相的分解 . 15 2.4.4重金属元素释放过程 . 15 2.4.5浸出控制过程鉴别 . 16 2.5飞灰中重金属元素的浸出影响因素 . 17 第 3 章 不 同 pH条件下重金属浸出特性研究 . 19 3.1浸出实验方法 . 19 3.2浸出实验材料 . 19 3.3浸出实验过程简述 . 19 3.4浸出行为模式 . 20 3.5重金属元素的浸出规律 . 21 3.6本章小结 . 24 第 4章不同温度下建模分析重金属浸出机制 . 25 4.1 Visual MINTEQ 数值模拟 . 25 4.1.1 Visual MIN

20、TEQ 软件介绍 . 25 4.1.2理论基础 . 25 4.1.3模拟参数的选取 . 26 4.1.4操作步骤 . 26 4.1.5 27 4.2结果分析 . 27 4.2.1主要氧化还原形态 . 27 4.2.2室温下重金属元素浸出机制分析 . 27 4.2.3不同温度下重金属元素浸出机制分析 . 31 4.3本章小结 . 37 结论与建议 . 39 . 4i . 42 附录 1 . 46 第 1 章 绪 论 1.1研究背景及意义 飞灰是燃煤电厂中产生的大量煤燃烧产物。飞灰的物理和力学性能使它成为许多 土木工程应用中具有吸引力的材料，如混凝土生产，道路基层，路基稳定，路堤和流 性填充物等。

21、然而，只有约 39%的飞灰被回收利用，其余都被填埋或堆积处理。 研究表明，燃煤飞灰能够有效稳固粗细粒度土质，显著提升其强度，耐久性和硬 度。然而，在这些资源化应用中，飞灰中的重金属浸出物可能会对环境带来危害。 因此，国内外对垃圾焚烧产生飞灰的理化特性进行了大量的研究，尤其是飞灰中 重金属的浸出特性。但是，就垃圾衍生燃料燃烧后飞回中重金属的浸出特性研究较少， 如：浸出机制、条件、影响因素、存在形态等。因此本论文以垃圾衍生燃料燃烧飞灰 为研究对象，基于不同 pH下浸出实验，应用 Visual Minteq模拟软件对重金属的浸出 机制进行研究，确定其存在形态及影响因素，从而为垃圾衍生燃料燃烧飞灰的资

22、源化 利用提供参考依据。 1.2国内外研究现状 1.2.1生活垃圾的产生及处理现状 生活垃圾是法律法规规定的日常生活活动所产生的固体废物。生活垃圾一般可分 为四大类：餐厨垃圾、有害垃圾、可回收垃圾和其它垃圾。垃圾处理的常用方法主要 有卫生填埋、堆肥、焚烧和综合利用。生活垃圾的产生主要与城市人口、消费水平、 地理位置、经济发展状况等因素有关。改革开放后我国社会经济飞速地发展，城市化 建设进程不断加快，城市生活垃圾的产量也不断增加。我国是世界上垃圾包袱最重的 国家。据统计，我国城市生活垃圾年增长率为 10%左右，目前，每天人均产生垃圾 Ukg 左右。 2014年，大、中城市生活垃圾的总产量为 16

23、000万吨左右，处置量为 15500万 吨左右，处置率达到97%。 上海市为中国城市中垃圾产生量最大的城市，产生量约达 700万吨。全国生活垃圾产生量排前十的城市，其垃圾产量占全部城市生活垃圾产生量 的 26.5%1。 目前，我国在城市生活垃圾处理方面取得了一些成果，但总的生活垃圾处理能力 还难以达到需 求，垃圾的产生速率远大于垃圾处理的速率，势必会对周围环境造成一 定的威胁，主要在以下几种情况体现： 1. 污染大气。不管是露天堆放还是填埋都会产生恶臭气体，包括氨气、硫化物等， 招引蚊虫，鼠害成灾，严重影响居民的生活质量。 2. 严重污染水体。垃圾堆放过程中，会发生腐化作用，产生大量的有机物，同时