【摘 要】
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2020年全国垃圾清运量高达2.35亿吨,并每年以6%的速率增长。焚烧因其减容减量效果显著逐渐成为主要的处理方式,但在处理过程中会产生危险废弃物-飞灰。飞灰中含有大量氯盐、重金属等污染物,这些污染物严重限制了飞灰的后续处理及其资源化利用,飞灰中污染物的有效去除已成为研究的重点。电场强化去除技术不仅可以去除可溶性氯、重金属,更可以实现不可溶氯和难溶重金属的去除。为此,论文从飞灰的基本理化特性出发,构
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2020年全国垃圾清运量高达2.35亿吨,并每年以6%的速率增长。焚烧因其减容减量效果显著逐渐成为主要的处理方式,但在处理过程中会产生危险废弃物-飞灰。飞灰中含有大量氯盐、重金属等污染物,这些污染物严重限制了飞灰的后续处理及其资源化利用,飞灰中污染物的有效去除已成为研究的重点。电场强化去除技术不仅可以去除可溶性氯、重金属,更可以实现不可溶氯和难溶重金属的去除。为此,论文从飞灰的基本理化特性出发,构建电场强化甲酸(CH2O2)辅助去除体系、电场强化草酸(C2H2O4)辅助去除体系及其混合酸辅助去除体系,系统研究了各体系下氯和重金属的去除规律,并且对去除机理进行了探索,得出如下结论:1.原灰的基本特性:主要元素为Ca、Cl、Na、Si、K、S、Mg等;物相有Na Cl、KCl、Ca CO3、Ca(OH)2、Ca SO4和Si O2等;氯离子含量为15.60%,可溶性氯占15.29%,不可溶性氯占0.31%;电镜下观察到飞灰主要以球状、片状、块状等不规则形状存在。飞灰中重金属含量较高,Zn、Ba、Pb、Mn分别为3317.78、957.33、486.84和411.33mg/kg。浸出实验中Cd、Pb的浸出浓度为《危险废物鉴别标准—浸出毒性》(GB5085.3-2007)标准的1.05、1.59倍。形态分析表明重金属大部分分布在其残渣态中,难以有效去除。2.电场CH2O2的最优处理体系:电极交换频率20 Hz,电流密度50 m A/cm~2,甲酸浓度2.0 mol/L,反应时间10 h,处理后飞灰中残氯仅为0.17%,总氯、可溶性氯、不可溶性氯的去除率分别为98.89%、99.37%、75.06%;重金属Zn、Cd、Ba、As、Sb、Ni、Cr的去除率分别为86.36%、81.02%、77.12%、62.22%、58.46%、49.55%、49.36%。反应后重金属由残渣态转化为酸可溶态和可氧化态,促进了重金属的去除,且反应后样品中重金属的浸出浓度均在规定阈值内。3.电场C2H2O4体系:最佳实验参数为电极交换频率40 Hz,电流密度50 m A/cm~2,草酸浓度0.5 mol/L,时间4 h,反应后样品中残氯含量为0.14%,去除了99.10%的总氯、99.18%的可溶性氯和95.32%的不可溶性氯;重金属As、Ni、Cu、Mn去除率分别为79.08%、75.43%、55.68%和52.81%高于电场CH2O2体系,其余重金属如Zn、Cd、Sb、Cr等都低于电场CH2O2体系,去除率分别为69.44%、50.04%、46.97%和44.43%。电场C2H2O4体系同水洗相比,氯的去除效果显著提升,尤其是不可溶性氯,提高了63.07%;重金属的去除效果更加明显,增加了41.62%-67.51%(Ba、Pb除外)。飞灰中含有大量钙的化合物同草酸反应生成草酸钙,草酸钙附着在飞灰的表面在没有电场的情况下会阻挡污染物的“逃离”,电场存在时在电子不断变换方向的刺激下飞灰表面的部分草酸钙脱落同时电子进入飞灰内部结构打通污染物通道,使得去除效果增强。4.电场混合酸最佳处理体系:n(CH2O2):n(C2H2O4)=1:1(均为0.5 mol/L),电极交换频率为20 Hz,电流密度为50 m A/cm~2,反应16 h后,总氯、可溶性氯、不可溶性氯的去除率分别为98.95%、98.98%、96.70%;同时重金属去除效果优于单一酸性溶液,Ni、Zn、Ba、Cd、As、Sb、Mn、Cr的去除率分别为83.64%、78.58%、76.66%、71.07%、68.44%、67.79%、62.20%、54.5%,并且该体系的去除效果也胜于以前的研究。从实验效果对比分析可得电场强化混合酸体系是最理想的选择。
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