脱硫石膏中有害痕量元素再释放机理研究

Under the cirumstances that more strict environment protection regulations are being applied to coal-fired power plants, trace elements in flue gas are more likely to be transferred to gypsum in wet FGD process. The trace elements in FGD gypsum may release into environment again in later stages and cause substantial secondary pollutions. To investigate this potentail hazard, this research targets the highly toxic trace elements enriched in FGD gypsum, including Hg, Pb, Cr, As, Se, Be, Sb, and Co, with the aims of fully understanding of the trace element re-emission and transfer mechanisms under different physiochemical conditions. The impacts of temperature, pH value and sun radiation etc. will be experimentally studied to reveal the nature of trace element re-emission patterns, and to provide fundamental information to develop the related control technologies. This research is a significant part of pollutant emission control in coal combustion, and is also essential for the sustainable development of industrial and agricultural sectors involving FGD gypsum production and utilization.

随着对火电厂环保要求的日益提高，燃煤烟气中挥发性较强的痕量元素越来越多地向脱硫石膏中富集，这些痕量元素有可能再次释放到环境中并造成二次污染。本项目以脱硫石膏中富集的汞、铅、铬、砷、硒、铍、锑、钴等毒性较强的八种痕量元素为研究对象，针对脱硫石膏在自然环境中堆弃或作为工业原料的不同应用条件，通过实验的方法，研究温度、pH值、日照强度等因素对脱硫石膏中有害痕量元素再释放的影响机理，掌握其在不同物理、化学条件下的迁移转化规律，为痕量元素再释放控制技术的研究与开发打下基础。本项目的研究有助于进一步完善燃煤污染物控制理论，减少燃煤电厂副产物对环境的二次污染，为经济、有效地降低有害痕量元素的排放提供依据，对电力、建材和农业生产等相关行业实现循环经济的可持续发展具有特别重要的意义。

在燃煤电厂湿法脱硫系统中，脱硫石膏会捕集烟气中的有害痕量元素，在随后的利用过程中可能会再释放进入环境，带来二次污染。本项目以中国七个典型燃煤电厂的脱硫石膏为分析对象，研究了其中As、Be、Cd、Co、Cr、Hg、Mn、Ni、Pb、Sb和Se等11种有害痕量元素在自然条件和工业条件等处理场景中的再释放特性。.. TPD研究的结果说明脱硫石膏中的Hg主要以HgS的形式存在，该形态平均占比为87.8%，同时还有少量的HgCl2、Hg2Cl2和Hg2SO4。Bloom连续提取法的结果显示，脱硫石膏中Hg主要以强结合态存在，样品中该形态平均占比为90.79%。BCR连续提取的结果显示脱硫石膏中Cd、Co和Mn主要以醋酸可溶态存在，As、Pb、Sb和Se主要以可还原态存在，Be、Cr和Ni主要以残渣态存在。.. 脱硫石膏中的Hg在自然条件下会缓慢向大气挥发释放，所研究的三个样品在室温黑暗条件下180天Hg总的释放率平均为1.15%。Hg的释放主要来自于汞化合物自身缓慢的分解以及被还原生成的Hg0。温度、紫外线、固体水含量和空气湿度均能促进Hg的挥发释放，但固体水含量过高时促进作用会减弱。工业煅烧会导致脱硫石膏中Hg显著释放，所研究的三个样品中Hg的释放率平均为12.10%。我国2013年脱硫石膏中Hg向大气的挥发释放量约为6.56±0.52吨，其中自然条件下释放0.65±0.05吨，工业条件下释放5.91±0.47吨。.. 针对11种有害痕量元素的TCLP和HJ/T 299-2007浸出实验表明，脱硫石膏不具备浸出毒性特征。这些痕量元素在pH < 4和pH > 10时有较高的浸出释放率。Cr、Hg和Pb的浸出浓度随液固比的增加并没有明确的变化规律，其它元素的浸出浓度则均随着液固比的增大而单调减小，而11种痕量元素的浸出率则均随着液固比的升高而有所增加。.. 通过本项目的研究，揭示了有害痕量元素在脱硫石膏中的存在形态，明确了温度、紫外照射、湿度和pH值等因素对有害痕量元素再释放的影响，阐明了有害痕量元素在自然和工业条件下再释放的规律，获得了脱硫石膏中汞向环境的释放总量，为相关污染排放控制技术的开发和应用提供了重要的参考依据。