污泥掺烧过程中Cl/S/P交互作用对重金属迁移转化和脱除影响的机理研究

批准号:
51308132
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
刘敬勇
依托单位:
学科分类:
E1006.固废资源转化与安全处置
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
王玉洁、段雪娟、曾佳俊、王靖宇、陈港权
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中文摘要
污泥掺烧中重金属的排放会对环境造成严重危害,而Cl/S/P是诱发重金属迁移转化的关键因子。本小组前期研究表明焚烧中Cl/S可改变重金属的迁移途径,而P在污泥中普遍存在。在Cl/S/P交互作用的掺烧体系中,重金属与Cl/S/P必然发生竞争化学反应,而此反应对重金属迁移转化及脱除影响的机理尚不清楚。本课题拟采用实验模拟及热力学理论计算相互验证方法,通过管式炉模拟污泥焚烧及重金属脱除过程,利用BCR法及FAAS、XRD等手段获得重金属分布及形态变化规律,并跟踪其中间产物及相变过程,定量描述重金属在交互条件下的蒸发、均相/非均相反应;采用热力学平衡模型跟踪重金属化学反应路径,解析重金属与Cl/S/P及Ca/Si/Al氧化物之间的交互作用规律,根据重金属类别、分布、形态、迁移特性、毒性等,阐明Cl/S/P交互作用对重金属迁移转化和脱除的影响,为进一步控制污泥焚烧或掺烧过程中重金属的排放提供科学依据。
英文摘要
The emissions of heavy metals will cause serious harm to the environment during the sludge co-incineration process and the typical composition of chlorine, sulfur and phosphorus are the key factors induced the migration and transformation of heavy metals.. The previous study showed that the chlorine or phosphorus can promote or inhibit the volatilization of heavy metals during the sludge incineration process and which can change the heavy metals reaction and transformational process. However, under the interaction of chlorine, sulfur and phosphorus, the competition chemical reaction will occur between the heavy metals and chlorine, sulfur and phosphorus or with the interaction of heavy metals, chlorine, sulfur and phosphorus. But the effects of the competitive reaction on the transportation of heavy metals and their simultaneous removal process mechanism are unclear. The simulation incineration experiments and thermodynamic theory mutual authentication are concerned to study the migration and transformation behavior and removal control of heavy metals induced by the interaction of chlorine, sulfur and phosphorus during the sludge incineration. The sludge incineration and adsorption removal process were simulated with the tube furnace. The heavy metal distributions and their fractions were investigated with the sequential extraction method of BCR and FAAS、XRD、SEM/EDS instruments. At the same time, the intermediate chemical products and the phase transition will be tracked. The evaporation and homogeneous, non-homogeneous reaction processes of heavy metals and their compounds were quantitatively described in the incineration. Thermodynamic equilibrium model was carried out to track the chemical reaction pathways of heavy metals during the sludge incineration process and resolve the law of interaction between heavy metal, chlorine, sulfur and phosphorus. Combined the category, morphology, migration characteristics, toxicity parameters and so on, the removal control model of heavy metals was established in the sludge incineration process, which provides scientifi basis for the further control of heavy metal discharge in the sludge incineration process.
污泥成分的复杂性(重金属与有机物并存)和特殊性(P含量较高)导致其焚烧过程中重金属迁移转化行为的复杂化,在特征元素Cl-S-P交互作用下,重金属与Cl/S/P两者或三者必然发生竞争化学反应,因此有必要深入研究当前污泥焚烧处理过程中Cl-S-P交互作用下诱发重金属的迁移转化规律及其污染控制。本项目针对上述问题开展了有关研究如下:(1)利用热重法深入探讨了污泥、污泥与煤混合、污泥与生物质混合样品的燃烧特性,求解了燃尽指数、着火指数、燃烧综合指数等,获得污泥掺烧的动力参数,建立了焚烧动力学模型,为污泥管式炉焚烧条件优化和污泥掺烧实施提供科学依据;(2)利用热力学平衡计算软件模拟计算了污泥焚烧外在条件对多种重金属迁移转化规律及其吸附脱除特性,获得部分重金属的产生、迁移、分布和相变过程参数;(3)利用管式炉模拟了污泥焚烧实验,探讨了不同氯化物及不同硫化物对重金属焚烧的影响,获得多种重金属在Cl-S-P交互作用下的迁移转化影响因素和机制。(4)利用管式炉模拟了污泥焚烧实验,深入研究了Cl-S-P交互作用对固体吸附剂(CaO、Al2O3、高岭土及粉煤灰)脱除Pb效果的影响;(5)利用管式炉模拟了污泥焚烧实验,深入研究了调理剂交互作用对重金属迁移转化的影响,获得各个调理剂对重金属挥发、酸性气体排放的关键数据。(6)利用管式炉模拟了污泥焚烧实验,深入研究了高S印染污泥在Cl-P影响条件下的重金属挥发行为,查明多个条件下重金属的BCR、XPS迁变过程。以本内容为基础,申报人以第一作者或者通讯作者发表论文18篇,其中SCI 8篇、EI收录论文2篇,一级学报8篇;专利2个,国家标准1个;培养研究生3名;其他联合撰写论文11篇。上述成果的获得可以为进一步控制污泥焚烧过程中重金属的排放,并可为寻求适合我国污泥焚烧后灰渣及重金属的无害化、资源化处置思路和方法提供理论依据,具有一定的现实意义和科学价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2016
期刊:环境科学学报
影响因子:--
作者:刘敬勇;黄李茂;陈佳聪;王玉洁;党晓娥;郭家宏;孙健;张耿崚;孙水裕
通讯作者:孙水裕
DOI:--
发表时间:2014
期刊:环境科学
影响因子:--
作者:谢武明;王玉洁;杨佐毅;赵素莹
通讯作者:赵素莹
An experimental and thermodynamic equilibrium investigation of the Pb, Zn, Cr, Cu, Mn and Ni partitioning during sewage sludge incineration
污泥焚烧过程中 Pb、Zn、Cr、Cu、Mn 和 Ni 分配的实验和热力学平衡研究
DOI:10.1016/j.jes.2015.01.027
发表时间:2015-09-01
期刊:JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES
影响因子:6.9
作者:Liu, Jingyong;Fu, Jiewen;Zhong, Sheng
通讯作者:Zhong, Sheng
DOI:--
发表时间:2017
期刊:环境科学学报
影响因子:--
作者:傅杰文;刘敬勇;孙水裕;郭家宏;黄绍松;张耿堎;孙健;卓钟旭;梁凯云
通讯作者:梁凯云
DOI:--
发表时间:2014
期刊:中南大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:王玉洁;刘敬勇;孙水裕
通讯作者:孙水裕
污泥阴燃过程中PFAS降解行为与Ca/Fe驱
动的关联机制
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:刘敬勇
- 依托单位:
残留化学调理剂在污泥“调理脱水—低温干化—掺烧/热解/气化”过程中诱发重金属迁移转化行为及机理
- 批准号:n/a
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2022
- 负责人:刘敬勇
- 依托单位:
污泥富氧掺烧体系中Cl/S/P-矿物质的热交互行为与多种重金属迁移的关联机制
- 批准号:51978175
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:刘敬勇
- 依托单位:
国内基金
海外基金
