水泥窑共处置危险废物过程中重金属的分配

以废弃农药、污染土壤和废白土为研究对象,在3个新型干法水泥厂开展了水泥窑共处置的工程试验,分析了共处置对13种重金属在不同相分配情况的影响.结果表明,重金属的分配不受危险废物投加的影响,不挥发和半挥发重金属在烟气中的分配率远低于在熟料中的分配率;尾气中Hg及部分重金属的排放浓度很小甚至低于检测限;As在烟气中分配率较高,与该金属在窑内的存在形态以及As的某些化合物具有挥发性等因素有关;为控制尾气中重金属含量满足相关标准的排放限值,根据本研究和相关研究数据预测了重金属允许的最大投加量和废物中允许的重金属最大含量.

废物水泥窑共处置产品中重金属释放pH静态试验研究

通过模拟煅烧试验制取水泥熟料,并制取混凝土样品,将样品破碎至粒径小于1mm.采用pH静态(pH-dependence)试验研究pH对破碎混凝土样品中重金属(Cr,Ni,As,Cd和Pb)浸出特性的影响以及混凝土样品的酸中和容量.结果表明,混凝土的酸中和能力较大,浸出液pH降至6.87,需加入2.5mol/kg的硝酸,而浸出液pH降至1.46的过程中,需要消耗15mol/kg的硝酸,因此在一般的混凝土使用过程中,混凝土孔隙水的pH能在较长段时间内保持中性或弱碱性;浸提剂的酸碱性是影响混凝土中重金属浸出的重要参数,在试验研究的pH范围内,不同重金属的浸出规律不同;混凝土中重金属的浸出与其在混凝土中的存在形态及混凝土矿物对重金属的作用相关.

废物水泥窑共处置产品中重金属的释放特性

选用欧盟固体中无机组分有效量测试方法(EA NEN7371)和块状材料中无机组分的扩散实验方法(EANEN7375),研究了模拟混凝土样品中重金属(Cr、Ni、As、Cd和Pb)的释放特性.结果表明,混凝土中重金属的有效释放量低于总量;不同重金属的有效释放量与总量比值差异较大.扩散控制是混凝土中Cr、Ni和Cd释放的主要机理,释放曲线与斜率为0.5的直线拟合较佳,且不同区间浸出量曲线的斜率均在0.35～0.65范围内;As在释放前期有延滞现象,但中后期仍以扩散控制为主;Pb的释放为溶解控制,受浸取液的pH值影响较大.重金属扩散系数负对数值按Pb<Cr<As<Ni<Cd变化,释放速率递减.

水泥窑共处置污染土壤的污染排放研究

以被DDT和六六六污染的土壤为研究对象,开展了利用水泥窑进行共处置的工程试验研究,分析了共处置过程对尾气排放的影响。结果表明,水泥窑共处置对农药污染物的焚毁去除率很高,DDT达到99.99991%,六六六达到99.99964%,均高于我国危险废物焚烧炉规定99.99%的焚烧效率;与空白处理相比,尾气排放中有机污染物(包括二恶英/呋喃,简称PCDD/F、多氯联苯PCB、六氯苯HCB、挥发性有机物VOC)、酸性气体和重金属的排放在共处置过程中没有显著增加,且都低于相应的规定限值。试验结果表明,水泥窑共处置固体废物不会导致污染负荷的增加。

废物水泥窑共处置产品中重金属释放潜能表征研究

通过模拟煅烧试验制取水泥熟料,并采用国标GB/T17671—1999制取混凝土样品.选用酸解法,EANEN7371和pH静态试验分别测定了混凝土中重金属的全量、有效量和在不同pH系列中的释放量,研究了废物水泥窑共处置产品环境安全性评价中重金属的释放潜能指标.结果表明,全量和有效量存在较大差异,但二者间的相关性因元素种类不同而有较大差别,Ni,Cd的全量和有效量间相关性较好,R2分别为0.989和0.994,而Cr,As和Pb基本不存在线性相关关系;pH静态试验中最大释放量与有效量较为接近,而与全量有较大差异;有效量是废物水泥窑共处置产品使用过程中表征其重金属释放潜能的较优指标.

焚烧飞灰卫生填埋共处置的螯合稳定化技术研究

对4种垃圾焚烧飞灰的性质进行了分析,其主要元素以Si、Ca、Al、Cl等为主,此外还含有相当数量的重金属如Pb、Zn、Cu、Cr、Cd等,存在很大的环境风险.而飞灰进入卫生填埋场进行共处置是现实可行的出路,为保证共处置的安全性,针对共处置情景制订的浸出毒性浸出方法提高了浸取液酸强度(0.3 mol.L-1,以H+计),此浸出方法已于2007-05-01日开始执行.采用二硫代氨基甲酸盐(dithiocarbamate)类螯合剂对焚烧飞灰进行了稳定化处理工艺实验,结果表明,DTC类螯合剂通过螯合反应作用于飞灰中的重金属,当DTC类螯合剂投加量为3%(质量分数)时,4种飞灰中重金属的浸出值均能达到在卫生填埋场和垃圾进行共处置的要求.

固体废物水泥窑共处置产品中Cr释放的pH影响

通过模拟煅烧试验制取水泥熟料,并制取混凝土样品.参照EANEN7375浸出方法,设定5种不同pH的浸取液,研究pH对混凝土样品中重金属Cr释放的影响.结果表明,在强酸性条件下,Cr的累积释放量较大,pH为2.00和3.50的条件下,Cr的累积释放量分别为64.7和21.4mg/m2,而pH为5.00,7.35和10.00的浸取液中Cr的累积释放量基本一致,分别为5.10,5.05和5.00mg/m2;浸取液pH分别为5.00,7.35和10.00的条件下,Cr的释放机理为扩散控制,释放曲线与斜率为0.5的直线拟合较佳,且不同区间释放量曲线的斜率均在0.35～0.65内;pH为2.00的浸取液中Cr的释放在前期为扩散控制,中、后期出现耗竭现象;pH为3.50的浸取液中Cr的释放在前期同样为扩散控制,但中、后期发生了溶解作用.

废物水泥窑共处置过程砷的固定特性及产物的环境安全性

针对含As试样开展熟料煅烧实验、浸出实验、连续提取实验及能谱分析(SEM-EDS),以重金属浸出特性及化学形态为指标,考察As在熟料煅烧过程以及水化过程的迁移特性及固定机理。结果表明,煅烧过程中As的固定率较高,大于60%,As在熟料的主要矿物相C3S中的含量范围为0.4%～0.6%,As和Fe有很强的依存关系,煅烧过程中As生成了稳定的化学形态AsCrxFey或AsCrxVy,即便在高pH值的水化条件下也能够保持稳定。添加As煅烧而成的熟料浸出浓度与未添加时相比无显著提高。BCR连续提取表明煅烧后As的酸可提取态所占比例仅为0.01%,而可还原态所占比例最高,达到39.35%,残渣态所占比例占25.41%,表明水泥窑处置危险废物过程中,废物中As的含量较高对于共处置过程存在一定环境影响。

水泥窑共处置废农药生命周期评价研究

国内在水泥窑共处置废农药方面的研究处于起步阶段.通过开展试烧试验,以生命周期评价方法(LCA)为研究手段,对水泥窑共处置废农药技术的环境影响进行评价,并与危险废物的其他处置方法做比较,以处置1kg危险废物为功能单位.结果表明,常规危险废物焚烧的综合环境负荷指数为1.4284×10-12a-1,而水泥窑中共处置废农药的综合环境负荷指数为0.1839×10-12a-1,远低于常规危险废物焚烧.

适用于焚烧飞灰卫生填埋场共处置的浸出毒性鉴别程序研究

选取2种代表性垃圾焚烧飞灰,通过常规酸中和容量浸出实验和多级浸取实验,研究了酸中和容量消耗和浸出液pH值的变化规律.结果表明,现有的单批次浸出毒性鉴别程序对飞灰的酸中和容量消耗程度低,浸出液pH值高,不利于评价飞灰中重金属的潜在危险性.对比常规酸中和容量浸取实验和多级浸取实验结果,得出在垃圾焚烧飞灰与生活垃圾共处置情景(过流系统)下,中和过程与洗出过程同时发生,飞灰中有1/3左右的碱性物质参与了中和反应.在合理设定卫生填埋场参数的基础上,通过模拟计算,提出了适用于我国卫生填埋场飞灰共处置情景的浸出程序,其主要参数为:浸取液为乙酸溶液,酸度(以H+计)为0.3 mol.L-1(pH=2.64),液固比(L/S)为20.该浸出毒性鉴别程序可为我国垃圾焚烧飞灰的安全处置提供有效管理和可靠保障.

废物水泥窑共处置产品中重金属释放模型研究——混凝土路面场景

通过模拟煅烧试验制取水泥熟料,并制得混凝土样品。在混凝土路面场景分析的基础上,参照欧盟固体中无机组分有效量测试方法(EA NEN7371),以pH=3.2的HNO3/H2SO4溶液(质量比为1∶2)为浸取液,在液固比为20 L/kg条件下,对混凝土样品进行模拟浸出实验;参照欧盟块状材料中无机组分的扩散实验方法(EA NEN7375)测定混凝土样品中重金属的有效释放量。模拟浸出实验结果表明,Cr、Ni和Cd在浸出过程中扩散控制是其释放的主要因素。在此基础上建立了重金属在混凝土路面中的释放模型。实验室实测累积释放量(实测值)与模型预测累积释放量(预测值)的拟合检验结果表明,实测值与预测值之间差异不显著,释放模型能较好地预测混凝土路面中重金属的长期累积释放量。

废皮革水泥窑共处置生命周期评价

以废皮革为典型固体废物开展水泥窑共处置试烧试验.以生命周期评价方法(LCA)为研究手段,对水泥窑共处置技术的环境影响进行评价,并与常规水泥生产过程作比较.结果表明:常规水泥生产过程的综合环境负荷为7.028×10-12a-1,其中最大的环境负荷为全球变暖,达3.368×10-12a-1.当废皮革作为替代燃料在水泥窑中共处置时,可减少燃煤的使用量,同时降低CO2的排放,降低了能源消耗、人体健康损害等方面的环境压力;其综合环境负荷为6.618×10-12a-1,比常规水泥生产降低了5.83%.

水泥窑共处置产品中重金属的形态

通过模拟煅烧掺入重金属化学试剂的水泥生料,制备水泥熟料,进而制取水泥净浆.采用修正的Tessier连续提取法,分别研究了水泥熟料和水泥净浆中各重金属的形态.结果表明:水泥熟料中Ni,As,Cd和Pb几乎不存在可交换态.其中,Cr和Cd主要以酸性醋酸钠溶液提取态存在,分别为71.0%和95.1%;Ni主要分布在酸性盐酸羟胺溶液提取态(65.6%)中,在残渣态中的分布也较多(20.3%);Pb主要分布在硫化物结合态(72.7%)中,与硫形成某种化合物固溶于水泥矿物相中;As的硫化物结合态和酸性醋酸钠溶液提取态质量分数较高,分别为35.1%和51.8%.水泥净浆中各重金属的形态分布与水泥熟料基本一致,表明重金属的主要化学形态分布受水化作用影响不大.

水泥窑共处置低品质包装废物的生命周期评价

以低品质包装废物为典型固体废物开展水泥窑共处置试烧试验.以生命周期评价(LCA)方法为研究手段,对水泥窑共处置技术的环境影响进行评价,并且与常规水泥熟料生产过程进行比较.通过试验和资料调研,获得所有生命周期阶段的能量和物质输入、输出以及环境外排数据,利用SimaPro7.1软件进行处理,得出相应的环境影响潜值.结果表明:①在水泥熟料生产的全生命周期过程中,对环境影响所占比重最大的是生产阶段,共处置低品质包装废物可以使环境影响潜值降低10.65%(从263Pt降至235 Pt),主要表现在无机物对人体的损害和酸化富营养化方面.②从全生命周期来看,共处置低品质包装废物使环境影响潜值降低了8.68%(从334 Pt降至305 Pt),主要表现在无机物对人体的损害和酸化富营养化方面的降低,二者的环境影响潜值分别降低了11.00%和15.70%.

炼铁高炉共处置危险废物过程中Zn、Cd的挥发特性

为探究炼铁高炉共处置危险废物过程中重金属Zn、Cd的挥发特性,选择Zn Cl2、Cd Cl2?2.5H2O来模拟危险废物中的重金属,开展了Zn Cl2、Cd Cl2?2.5H2O与高炉炼铁原料混合后的共处置煅烧实验,分析了共处置煅烧时挥发烟气及煅烧产物中重金属Zn、Cd的总量.结果表明,Zn、Cd的挥发特性相似,在煅烧初期,二者的挥发率都是随着时间的增加而逐渐增大,当煅烧超过一定时间后,挥发率趋于稳定.在1400℃条件下煅烧60min后,Zn、Cd的挥发率分别为93.55%、99.96%.对Zn、Cd的挥发规律进行了动力学模拟,得出其挥发反应表观活化能E分别为59.37,49.68k J/mol,挥发的动力学方程则分别为α=f(T,t)=1-exp(-13.60exp(-7141/T)t)、α=f(T,t)=1-exp(-8.64exp(-5975/T)t).

水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb与Cd的吸附/冷凝特性

为了研究水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性,采用氮吸附仪和SEM（场发射扫描电镜）对水泥生料的基本物理性质（比表面积、孔径和微观表面积）进行研究;同时,利用小型试验装置对重金属Pb、Cd的氧化物（Pb O、Cd O）展开了吸附/冷凝研究.结果表明：水泥生料的比表面积（2.49 m2/g）较小,微观表面结构致密无孔,因此,在水泥窑共处置过程中水泥生料对重金属的吸附/冷凝作用以冷凝为主.进入控温立式炉的重金属可分为三部分：1冷凝在管壁上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的67%~72%、58%~65%;2吸附/冷凝在水泥生料上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的13%~17%、16%~21%;3随烟气释放到空气中,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的10%~18%、14%~26%.水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性均可用双常数方程拟合,线性拟合的相关系数均在0.95以上.动力学方程拟合得到水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝活化能,二者分别为5.827、6.050 k J/mol,由此可预测水泥生料对Pb和Cd的吸附/冷凝量.

焚烧飞灰水泥窑共处置过程Pb的迁移模型

以焚烧飞灰替代水泥原料,开展熟料煅烧实验,通过水泥回转窑系统中Pb的简化质量平衡模型,研究替代生料比例分别为1%、5%、10%和20%时,窑灰循环对Pb固定和迁移的影响.根据工业水泥窑Pb的监测数据,分析Pb和Cl输入总量对Pb迁移的影响.模型计算表明,飞灰替代原料导致窑灰和熟料中Pb的质量分数显著增加,当替代比为10%时,窑灰和熟料中Pb的质量分数由114.9 mg/kg和21.1mg/kg分别增至1 125.6 mg/kg和206.7 mg/kg.窑灰循环也对Pb的迁移影响显著,当替代比为1%,窑灰循环率为0.4时,3 h内窑灰和熟料中Pb的质量分数增至200 mg/kg和39.3 mg/kg,而后渐缓直至稳定.窑灰循环率从0.4增加到1,在最终稳定状态时,熟料中Pb的质量分数为90.22 mg/kg,现场试验熟料中Pb的质量分数为82 mg/kg,理论计算与实际检测基本吻合.

干法水泥回转窑共处置滴滴涕废物的示范工程

利用新型干法悬浮预热预分解回转窑对滴滴涕废物进行共处置研究.滴滴涕废物以1t/h的投加速率,从窑尾烟室加入窑系统,比较了未处置废物工况和处置滴滴涕废物工况下烟气、生料、熟料、飞灰中滴滴涕和二浓度.结果表明:在投加滴滴涕废物工况下,滴滴涕得到有效分解,其销毁率和销毁去除率分别为99.99953%和99.999982%;在处置滴滴涕废物前后烟气二浓度没有发生明显变化,其浓度排放远低于水泥窑废物处置要求低于0.1ng-ITEQ/Nm3的水平;该水泥生产工艺系统在处置滴滴涕废物时,二烟气排放因子为0.0396μg/t熟料,熟料排放因子为0.220μg/t;滴滴涕废物处置对炉窑生产,运行工况参数和常规污染排放没有显著影响.

含氰黄金尾矿水泥窑资源化共处置的可行性

进行了水泥窑资源化共处置含氰黄金尾矿试验,探讨了利用含氰黄金尾矿替代部分水泥原料的可行性,考察了处理后尾矿和排放气体中氰化物的消解效果。结果表明,采用黄金尾矿替代部分水泥原料,在物料成分上是可行的。水泥窑中氧气浓度对尾矿中氰化物去除效率的影响不大,而处理温度对其去除效率有显著影响,高温有助于尾矿中氰化物的去除,处理后尾矿中剩余氰化物浓度满足HJ350—2007《展览会用地土壤环境质量评价标准》的相关标准要求。氧气浓度对排放气体中氰化物的消解率有一定的影响,氧气浓度高,则排放气体中氰化物浓度低,而排放气体中氰化物浓度基本不受处理温度的影响。总体上,气态氰化物的消解率均在98%以上,排放气体中的氰化物浓度满足GB16297—1996《大气污染物综合排放标准》和GBZ2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值》的相关要求。

水泥窑共处置废白土的环境效益分析

以废白土为研究对象,应用生命周期评价法(LCA)对水泥窑共处置和焚烧炉处置系统3个类别的环境影响[人类健康(HH)、生态系统质量(EQ)和资源(R)]进行研究和对比分析.结果表明,水泥窑共处置废白土有利于环境的可持续发展,焚烧炉处置对环境的影响较大.水泥窑共处置和焚烧炉处置功能单位废白土的总环境负荷分别为-1.03,0.273Pt,前者的环境负荷比后者减少了477%,相应各指标的减少率为:HH413%,EQ479%,R36.9%.EQ在2种处置方式的LCA中均为最敏感的影响指标.水泥窑系统中,避免了贡献率占97%以上的矿山开采阶段的环境影响,是降低整个系统环境影响的关键环节;焚烧炉系统中,电力消耗是造成环境破坏的重要阶段,对各影响指标都有很高的贡献率.二、苯、重金属的排放是水泥窑共处置废白土的主要影响因子;粉尘和重金属排放对焚烧处置系统的影响较大.