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1、题目：2万吨/年灰渣（飞灰与底灰）重金属脱除技术学 院：化学工程学院 专 业：石油化工生产技术 指导老师： 陈 辉班 级：石化专13-2班设计时间 2016 年 3 月 12 日至 2016 年 6 月 5 日 目录第一章 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2 国内外飞灰固化研究现状2第二章 飞灰的特性52.1飞灰的特性52.2飞灰中重金属的形成机理探讨52.2.1飞灰中重金属含量与垃圾中金属含量的关系62.2.2飞灰中重金属含量与各金属物质蒸发点的关系62.2.3飞灰中重金属含量与焚烧温度的关系7第三章 水泥固化技术的研究73.1 水泥固化技术的应用发展73.2水泥固化的优点和缺点93.
2、3水泥固化效果的影响因素93.3.1水泥品种对飞灰固化的影响93.3.2水泥掺量对飞灰固化效果的影响10第四章 热处理技术104.1热处理技术的原理104.2热处理技术的应用与方法114.2.1烧结处理技术114.2.2熔融/玻璃固化技术114.3热处理技术主要影响因素124.4热处理技术未来展望13第五章 化学药剂稳定化技术的研究135.1化学药剂稳定技术的原理13第六章 水热处理技术的研究146.1水热处理技术的原理146.2国内外的研究与发展156.3水热法对飞灰固化的影响156.4水热处理技术的未来展望16第七章 分离萃取技术167.1 生物/化学提取技术167.1.1生物/化学提取技
3、术原理与方法167.2超临界流体萃取技术177.2.1超临界流体萃取技术原理与发展177.2.2超临界流体萃取技术优点187.2.3超临界流体萃取技术影响因素207.2.4超临界流体萃取技术的未来展望21第八章 高温熔融法248.1高温熔融法的操作条件对目标产物的产量和选择性影响24第九章 催化剂的影响259.1催化剂类对目标产物的产量和选择性的影响259.1.1反应活性测定269.1.2飞灰组成269.1.3内外扩散的影响269.1.4活性组分的选择279.1.5催化剂制备表征279.1.6飞灰催化剂的SCR脱硝机理289.2 小结28第十章 工艺路线的选择2910.1 工艺的比较与选择29
4、10.2 工艺流程图和工艺参数31第十一章 垃圾飞灰固化处理的展望36参 考 文 献：36第一章 绪论1.1课题研究的目的和意义近几年，中国城市生活垃圾以每年8%的速度递增，中国已成为世界上垃圾包袱最重的国家之一。我国通常采用焚烧的方法对城市生活垃圾进行处理，垃圾焚烧后可使垃圾的体积减小90%，重量减少70%，有效减少了垃圾堆放占地面积。但是，生活垃圾焚烧过程中有大量的飞灰（约占焚烧垃圾总量的3%5%。）产生。飞灰是指生活垃圾焚烧后在烟气净化系统和热回收利用系统收集得到的细小尘。如表1.1所示，垃圾焚烧灰作为一种高比表面积的物质，富集了较高浓度的铅、锌、镉、镍、铜、铬等重金属物质和二噁英等类污
5、染物而具有很强的毒性，且飞灰中含有较高的水溶性盐分，属于危险废弃物，对人体和环境均具有很强的危害。因此，我国现行法规规定，焚烧飞灰需要按照危险废物进行特殊管理。就重金属而言，飞灰中富集的重金属在大气中有很长的驻留时间，不能被微生物分解且能在生物体内富集或形成其他毒性更强的化合物，如不对其进行有效处理，将会造成重金属迁移、污染地下水、土壤及空气的环境问题，如被人所摄取，将对人的组织器官产生质变、癌变作用。因此要采取一定的措施有效处置飞灰，使之达到无害化的目的。因此，在对其进行最终处置之前必须先经过固化稳定化处理。其主要原理是使得危险废物中的污染组分呈现化学惰性或被包容起来。处理后的产物进入常规填
6、埋场或危险废物填埋场进行填埋，或者进行资源化利用。表1.1垃圾焚烧飞灰的浸出毒性重金属浓度（mg/L）含量（mg/kg）浸出率（%）GB 5085.3-2007/mg/lAlAsBaCaCdCoCrCuFeMgMnNiPbSeSnZe73.2ND2.5455104.750.131.0169.56.791401.427.3733.6ND0.302201464.8ND50.83110191.7394.962.5720.171389.61139.32793.4628.34147.49671.75ND6.054407.5122.74ND54.8397.1155.3418.2315.1153.062.7
7、547.9912.7543.7418.42ND0.7439.29-5100-1-15100-55-1001.2 国内外飞灰固化研究现状国内外处理垃圾焚烧飞灰主要采用固化技术，常用的固化技术有水泥固化、熔融固化、化学药剂固化等。但是由于水泥固化、熔融固化、化学药剂固化等常规固化技术在技术或经济方面具有一定的缺陷，如表1.2所示，中国以及欧美日等发达国家政府投人大量人力物力对新型固化技术进行研究开发。其中，地聚物固化技术因具有污染物排放量降低、原材料丰富，价格低廉等优点而受到瞩目。表1.2 一些飞灰处理方法的比较方法反应机理优点缺点水泥固化技术通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式，重
8、金属最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥固化形成的水化硅酸盐胶体C-S-H表面，同时水泥的加入也为重金属提供了碱性环境，抑制了飞灰中重金属的渗滤水泥固化飞灰技术是一种比较成熟的危险废弃物处理技术，在经济性和可操作方面具有明显的优势水泥的用量高，导致固化体增容率高，随着时间推移，固化体部分有毒物质可能会逐渐溶出，对环境存在长期的、潜在的威胁。熔融固化技术将飞灰和细小的玻璃质混合，经混合造粒成型后，在1000-1400高温下熔融，通常30min左右（熔融时间视飞灰性质的不同而定），待飞灰的物理和化学状态改变后，降温使其固化，形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，确保重金属的稳定。熔融固化技术
9、对残渣的减容率高，固化效果好部分有毒物质会挥发出来，必须采取尾气处理措施。所以其系统较复杂，运行成本高。化学药剂稳定技术经过化学反应有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性和低毒性物质的过程。常用的稳定剂为无机物和有机物无机物主要有Na2、S及磷酸类药剂，有机药剂主要是螯合高分子物质，将飞灰与带有络合基的不溶性药剂进行混合，飞灰中易溶性金属（Cd、Pb等）同药剂中的络合基反应后，形成稳定性络合物，进而固定在飞灰中，以此达到降低飞灰中有害成分浸出的可能性。用上述这些药剂处理飞灰，一般都可达到较好的效果，此方法具有处理过程简单，设备投资少等优点产生高浓度无机盐废水，需要进一步处理。底灰一般包括炉排渣和
10、炉排间掉落灰，有些焚烧厂也将锅炉灰与炉排渣混合收集处置。底灰占了灰渣总量的80%左右(质量计),主要由熔渣、黑色及有色金属、陶瓷碎片、玻璃和其它一些不可燃物质及未燃有机物组成。随着垃圾焚烧技术的不断发展,先进无害化的垃圾焚烧处理技术不断进步,焚烧过程将实现无害化处理,生活垃圾焚烧灰渣也就能符合无害化的环保要求。这种无害化的垃圾焚烧灰渣在建材、道路工程等领域具有广泛的应用价值。目前，我国处理生活垃圾底灰的主要方法是将其用作制备生态水泥的主要原料，埋场覆盖材料，水泥、混凝土的替代骨料，沥青的替代骨料等。由于底灰中含有重金属等有害物，对环境具有很大的危害性，所以使用前需要对其进行预处理，但处理成本较
11、高。而且其垃圾灰用量目前也十分有限，无法有效解决日益增长的垃圾底灰问题。对固化处理目前迫切需要解决或者改进的方面包括：（）有害废物经固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等，最好能作为资源加以利用，如作建筑基础和路基材料等；（）固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低；（）固化工艺过程简单、便于操作；（）固化剂来源丰富、价廉易得；（）处理费用低。垃圾焚烧飞灰与底灰重金属污染物的固化控制是当前国内外共同关注的环保课题之一。基于循环经济的理念并结合我国实际情况：我国在焚烧飞灰中重金属污染防治方面还缺乏系统的研究，已有的有关方面的研究主要着重于局部
12、技术的开发，在基本方法的延伸、深入方面，缺乏科学理论和突破性的技术成果，对如何控制重金属污染物排放缺乏有效的手段和方法。因此，有必要对焚烧飞灰中重金属的生成、释放、迁移、转化、富集机理和规律进行深入研究，根据飞灰的成分采用合适的控制方法处理。对飞灰进行稳定低成本的处理,不仅可以减少危险废物对环境的污染，而且在保护环境的同时还可以实现焚烧飞灰的无害化、资源化利用，减轻资源短缺对我国经济发展的制约，具有十分重要的环保及社会效益。第二章 飞灰的特性2.1飞灰的特性飞灰试样分别取深圳，上海，和重庆垃圾焚烧厂，飞灰的物理性质见表2.1所示。飞灰中的重金属如下表2.2所示。表2.1飞灰的物理性质式样探测上
13、海重庆比重2.422.402.40密度（g/cm）0.380.820.83颗粒有效尺寸（mm）0.0150.0150.016表2.2飞灰成分分析（mg/kg）样品CrCdPbCaZnMnCuAuHg1#79386.244321860003210144023100.643.471*#57846.738962150003869127019030.793.212#366102.3245283210003765185023040.873.892*#42779.333891970004312134015730.673.272.2飞灰中重金属的形成机理探讨飞灰中重金属源于焚烧过程中的生活垃圾所含重金属及其
14、化合物的燃烧和蒸发。垃圾中所含中金属物质高温燃烧后，除部分残留在底灰中以外，一部分会在高温下直接气化挥发入烟气，而另一部分则会在炉内参与反应生成金属氧化物或生成比原来的金属元素更易气化挥发的金属氯化物。这些氧化物和氯化物因挥发、热解、氧化和还原作用，可能进一步发生复杂的反应，最终产物包括元素态重金属单质和重金属氧化物、氯化物、硫酸盐、碳酸盐以及硅酸盐等。2.2.1飞灰中重金属含量与垃圾中金属含量的关系生活垃圾的重金属含量是决定于飞灰中的重金属含量的主要因素。由于垃圾的化学元素分析测定非常繁琐，一般城市环卫系统较少进行这项工作，先将瑞士St.Gallen焚烧炉处理生活垃圾和北京环卫科研所对北京市的生活垃圾的元素测定数据列于表2.3。可见，各元素在生活垃圾中的含量多少基本上与飞灰中的含量次序相符。表2.3 垃圾中各化学元素的含量元素名称中国（%）瑞士（g/kg）元素名称中国（mg/L）瑞士（g/kg）元素名称中国(mg/L)瑞士(g/kg)C123837
