發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 15:25

　　 焚燒是一種具有較好減容效果、消毒徹底且易實(shí)現(xiàn)資源及能量回收利用的固體廢棄物處理方法。然而,固體廢棄物焚燒過(guò)程中會(huì)伴隨痕量元素釋放,尤其是易揮發(fā)痕量元素As、Se、Sb,難以被除塵裝置有效捕獲,對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境有很大危害。因此,研究固體廢棄物焚燒過(guò)程中易揮發(fā)痕量元素的釋放特性及吸附機(jī)理具有重要的意義。本文應(yīng)用自行開(kāi)發(fā)的煙氣痕量元素在線檢測(cè)方法,分析了固體廢棄物焚燒煙氣中As、Se的釋放特性。實(shí)驗(yàn)用固體廢棄物在流化床中以600℃~850℃的溫度條件下進(jìn)行焚燒。根據(jù)在線檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得了固廢焚燒過(guò)程中As、Se的瞬時(shí)釋放速率,得到不同工況下As、Se釋放的動(dòng)力學(xué)參數(shù)(活化能、指前因子等),并得到其釋放所遵循的機(jī)理函數(shù)表達(dá)式,建立了固廢焚燒過(guò)程中As、Se釋放的動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)果表明:較高的反應(yīng)溫度促進(jìn)了As、Se的釋放及轉(zhuǎn)化。同時(shí),考慮了氯的存在對(duì)As、Se釋放的影響,氯對(duì)不同元素的作用效果不同。在600℃~850℃氯對(duì)As的釋放均有促進(jìn)作用,而對(duì)Se的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在高于700℃溫度段。通過(guò)熱力學(xué)方法分析了As、Se的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,結(jié)果表明As、Se在釋放過(guò)程中易與某些礦物質(zhì)元素反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物(如Ca_3(AsO_4)_2、CaSeO_4等),這也使得As、Se會(huì)以不同的比例及形態(tài)分布于氣相或固相產(chǎn)物中。目前尚缺乏關(guān)于易揮發(fā)痕量元素Sb釋放規(guī)律的研究,本文應(yīng)用煙氣痕量元素在線檢測(cè)方法采集了焚燒條件下固體廢棄物熱處理煙氣中Sb釋放的實(shí)時(shí)濃度數(shù)據(jù)。根據(jù)反模型方法求得Sb的釋放速率,最終得到焚燒條件下固體廢棄物煙氣中Sb的釋放動(dòng)力學(xué)方程,預(yù)測(cè)了Sb的釋放規(guī)律及動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果表明:較高的反應(yīng)溫度有利于Sb以氣相的形式揮發(fā)出來(lái),所建立的動(dòng)力學(xué)方程可以較為準(zhǔn)確的描述固廢焚燒煙氣Sb的釋放特性。同時(shí),考察了氣氛的變化對(duì)Sb釋放的影響,兩種工況比較而言,燃燒比氣化氣氛更易使得固體廢棄物樣品反應(yīng)完全,釋放至氣相中Sb的比例更高。在850℃時(shí),Sb在燃燒條件下的釋放率約為氣化條件下的兩倍。熱力學(xué)結(jié)果表明,Sb可與灰中的Ca發(fā)生反應(yīng),形成穩(wěn)定的Sb-Ca化合物Ca_3(SbO_4)_2。Sb對(duì)Ca、Fe有較強(qiáng)的親和性,基于量子化學(xué)密度泛函理論從原子層次對(duì)CaO、Fe_2O_3吸附劑對(duì)Sb的吸附機(jī)理進(jìn)行了理論研究�？紤]吸附位點(diǎn)、覆蓋度、Sb的不同化合形態(tài)對(duì)Sb的吸附特性的影響。結(jié)果表明:Sb原子主要以化學(xué)吸附方式與CaO表面O頂位作用,吸附能可達(dá)到-222.94 KJ/mol。不同覆蓋度的作用結(jié)果不同,雙原子Sb在CaO表面不同的O吸附位點(diǎn)的組合,其吸附能大小也會(huì)有所不同。三原子Sb的吸附效果為兩種雙原子吸能效能的疊加。同時(shí),CaO對(duì)Sb及其化合物的吸附作用效果不同,強(qiáng)弱順序?yàn)?SbSbClSbO。在研究Sb在Fe_2O_3表面的吸附特性時(shí)發(fā)現(xiàn),單原子Sb在O位點(diǎn)及Fe位點(diǎn)的吸附均屬于較強(qiáng)的化學(xué)吸附,吸附能分別為-291.08 KJ/mol和-205.30 KJ/mol。其中,Sb在O位點(diǎn)形成了橋位鍵使得吸附作用更強(qiáng)。對(duì)于Sb化合物在Fe_2O_3表面的吸附強(qiáng)度,吸附能大小的順序?yàn)镾bSbClSbO。SbCl同Sb單質(zhì)吸附位點(diǎn)相同,但吸附能略低于單原子吸附。說(shuō)明Cl的存在可使得Sb會(huì)以更易揮發(fā)的氯化物的形式釋放至氣相中。不同的覆蓋度下Sb單質(zhì)及Sb化合物均與Fe_2O_3表面有較強(qiáng)的相互作用。該理論研究為固廢熱利用過(guò)程中Sb的吸附控制提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：X705
【部分圖文】：

代謝、神經(jīng)系統(tǒng)及環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)均具有很大的毒性及危害。因此，掌握燒過(guò)程 As、Se 的釋放規(guī)律有助于 As、Se 排放特性及控制技術(shù)的研究與本研究采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜技術(shù) (ICP-OES) 有助于了解實(shí)時(shí)釋放特性，動(dòng)力學(xué)方程則可以進(jìn)一步預(yù)測(cè) As、Se 的釋放規(guī)律及動(dòng)力學(xué)細(xì)介紹了在線檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及校準(zhǔn)方式，研究了固體廢棄物焚燒e 的釋放行為及動(dòng)力學(xué)特性。同時(shí)，也考慮了固體廢棄物中存在的 PVC As、Se 的釋放影響。采用實(shí)驗(yàn)研究與熱力學(xué)分析相結(jié)合的方法，探究As、Se 的釋放特性差異。驗(yàn)系統(tǒng)及研究方法煙氣在線檢測(cè)系統(tǒng)文所采用的在線檢測(cè)系統(tǒng)裝置如圖 2-1 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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1 吳楨芬;蘇有勇;王華;胡建杭;趙逸群;;氣氛對(duì)垃圾焚燒中重金屬遷移特性的影響[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2011年07期

2 王學(xué)濤;金保升;仲兆平;黨小劍;;氣氛對(duì)焚燒飛灰熔融過(guò)程中重金屬行為的影響[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2006年07期

3 李建新,嚴(yán)建華,池涌,張若冰,倪明江,岑可法;垃圾焚燒氯對(duì)重金屬遷移特性的影響[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2003年06期

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1 沈鋒華;煤氣化過(guò)程中痕量元素釋放的動(dòng)力學(xué)特性及炭基吸附劑脫除的研究[D];華中科技大學(xué);2016年

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1 張帥毅;垃圾焚燒過(guò)程中鉛和鎘揮發(fā)特性及機(jī)理研究[D];東南大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2887662