基于形态转化的城市可燃固废焚烧处理中重金属的释放与控制研究

The application of municipal combustible solid waste (MCSW) incineration technology brings about the emission of heavy metals, which has become one of the most important limiting factors of MCSW treatment. The speciation of heavy metals strongly affects their release characteristics during MCSW incineration and ash residues treatment process. Moreover, the speciation also determines the toxicity of the released heavy metals. To propose integrated control strategies of heavy metals during MCSW incineration process, the analysis methods for heavy metals’ speciation in the complex ash residues is to be developed. Then, both of the key factors and the significant processes, which affect the speciation transformation of heavy metals, will be described. On this basis, the emission control of multiple heavy metals would be studied. Furthermore, in order to find new methods for the detoxification and utilization of fly ash, it is necessary to investigate the components distribution in the fly ash. Then, the fly ash is to be activated and reused for removing heavy metals from the flue gas. Finally, the molten salts will be applied for the fly ash detoxification and heavy metals enrichment through the heating process. The mechanism regarding the interactions between the inorganic components in fly ash and the molten salts will be clarified. The successful implementation of this project will not only provide innovative strategies for the emission control of heavy metals during MCSW incineration, but also propose new methods for the detoxification and utilization of fly ash. Besides, the results will enrich the theoretical system of relative research fields.

可燃固废焚烧引发的重金属释放问题已成为制约城市垃圾处理的重要因素之一。重金属形态迁移转化不仅决定了可燃固废焚烧过程及焚烧灰渣处理过程中重金属的释放特性，同时也决定了释放的重金属对人体的危害程度。本项目为形成可燃固废焚烧过程中重金属的一体化控制策略，通过建立复杂灰样中重金属的形态分析方法，阐释影响重金属形态迁移转化的关键因素与重要环节，探讨基于形态定向转化的多种重金属协同控制机制。为建立围绕资源高效回收、毒性大幅降低的飞灰减量化处理方法，通过解析飞灰中化合物的赋存特性，将飞灰活化循环用于烟气中重金属的捕集，同时实现重金属在飞灰中的再度富集；借助熔盐热处理技术降低飞灰毒性并富集回收重金属，揭示熔盐热处理过程中重金属及其他无机组分同熔盐体系之间的交互作用机理。本项目的实施将为固体废弃物焚烧过程中重金属的释放控制及飞灰的处理处置提供新思路，并将丰富相关的理论体系。

可燃固废焚烧过程中重金属的形态迁移转化行为，不仅决定了焚烧烟气及灰渣中重金属的潜在释放特性，同时也决定了释放的重金属对人体的危害程度。本项目一方面建立复杂灰样中重金属的形态分析方法，阐释焚烧过程中典型重金属的形态转化机理及控制机制。另一方面，构建了基于活化及熔盐热处理的飞灰处理处置方法。鉴于熔盐热处理过程中大量产生的高盐产物，研究尝试将其用于热解焦的除杂提质、焦油的催化重整以及硫氯气体的脱除等。获得的重要结论如下：.不同形态重金属在特定试剂中溶解性不同，实验通过化学提取将各类重金属分级提取出来；结合氧化/还原预处理、联用分析技术，区分出了提取液中不同形态重金属。发现灰样中As、Se、Sb、Pb、Cr分别以砷酸盐、亚硒酸盐、亚锑酸盐、硫酸铅&氯化铅、三价铬化合物为主要赋存形态。流化床和炉排炉焚烧温度、气固接触、停留时间等的差异，导致飞灰中重金属含量及形态存在显著差异。.Ca/Fe化合物促进As、Se向灰渣中的固定，其捕集效果受Ca/Fe结合形式、反应温度影响显著。过高的温度将导致含钙化合物颗粒烧结、含铁化合物表面位点失活，不利于As、Se的吸附捕集。此外，钙化合物易促进高危铬酸盐的生成，强化酸性气体及硅铝化合物同含钙化合物之间的作用可抑制Cr的氧化。.另一方面，飞灰中Ca/Al/Fe化合物仍具有污染物吸附活性，实验证实直接或活化后回喷入炉可用于As的吸附捕集。鉴于飞灰高盐属性，熔盐温和热处理有效脱除了飞灰中的盐分、溶出大量重金属，能解除处理后灰渣的重金属浸出风险。同时，溶出的熔盐产物富含碱（土）金属和氯盐，实验证实可脱除废旧轮胎热解焦中的杂质组分、催化重整复杂裂解焦油、脱除氯硫气体污染物并同步回收CaS，助力于飞灰熔盐热处理技术的推广应用。.本项目共发表SCI论文9篇，进行国内外会议口头报告4次，培养硕博士生5人，举办2次小型研讨会，形成发明专利6项，达到了预期研究目标。