论文总字数：22351字

摘 要

通过对飞灰进行水洗的预处理可以去除飞灰中一定量的氯和重金属，而飞灰水洗液中也会存在大量的Pb、Cr、Zn、Cu等重金属。吸附法常被利用来去除水中重金属，采用以剩余污泥为原料制备的污泥活性炭作为吸附剂，可以达到去除飞灰水洗液中重金属的效果，兼具经济效益与环境效益，符合可持续发展的原则。

本文探讨飞灰水洗液中重金属浓度在不同的水洗条件下的变化，课题采用常温25 C，L/S为10，水洗15分钟，并研究飞灰水洗前后的组成结构变化。分别设定投加量为3 g/L、5 g/L、7 g/L，溶液pH值为4、8、12，研究不同吸附条件对污泥活性炭吸附飞灰水洗液中Cr、Zn、Cu、Pb的影响特性，同时采用商业活性炭对飞灰水洗液进行吸附实验。结果污泥活性炭对飞灰水洗液中的铜离子和铬离子都有较好的吸附效果，去除率可达到72.7%、42.4%。对铅离子的吸附不太理想，去除率为7.9%。而污泥活性炭对Zn具有浸出浓度，不能起到去除效果。

关键词：飞灰 飞灰水洗液 污泥活性炭 重金属

Adsorption of Heavy Metals by Sludge-based Activated Carbon in Fly Ash Wash Water Solution

Abstract

Large quantities of chlorine and heavy metals in fly ash can be removed by water washing process, and a large number of heavy metals such as Pb, Cr, Zn and Cu can also exist in the fly ash wash water solution. Adsorption method is often used to remove the heavy metals in water. Sludge-based activated carbon prepared from sludge as adsorbent can achieve the purpose of removing heavy metals in fly ash wash water solution. It has both economic and environmental benefits and conforms to the principle of sustainable development.

In this paper, the changes of concentration of heavy metals in fly ash wash water solution caused by different washing conditions were studied. The conditions in the experiment are 25 °C, L/S=10, and the washing time of 15 min. The composition of fly ash before and after washing is studied. The dosage is 3 g/L, 5 g/L and 7 g/L respectively, and the pH value is 4, 8 and 12. The effects of different adsorption conditions on the adsorption of Cr, Zn, Cu and Pb in fly ash wash water solution by sludge-based activated carbon are studied. At the same time, commercial activated carbon is used to adsorb fly ash wash water solution. The results show that sludge-based activated carbon has good adsorption effect on Cu and Cr in fly ash wash water solution, and the removal rate could reach 72.7% and 42.4%. The adsorption effect of sludge-based activated carbon on Pb is poor, only 7.9%. Sludge-based activated carbon has leaching concentration of Zn and cannot remove it.

Keywords: Fly ash; Fly ash wash water solution; Sludge-based activated carbon; Heavy metals

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 生活垃圾 1

1.2 飞灰的特点 1

1.3 飞灰处理的研究现状 1

1.3.1 固化与稳定化 1

1.3.2 分离萃取 2

1.3.3 热处理法 3

1.4 污泥活性炭 3

1.4.1 活性炭吸附法 3

1.4.2 污泥制备活性炭 3

1.4.3 污泥活性炭吸附重金属的研究 4

1.5 课题研究的目的 4

第二章 实验方案 7

2.1 实验药品和仪器 7

2.1.1 实验试剂 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 飞灰中重金属含量的测定 8

2.3 飞灰水洗预处理 8

2.3.1 水洗条件的影响 8

2.3.2 飞灰水洗预处理方案 9

2.4 污泥活性炭的吸附实验 9

2.4.1 pH值对污泥活性炭吸附的作用 9

2.4.2 投加量对污泥活性炭吸附的影响 9

2.4.3 商业活性炭对飞灰水洗液的吸附 10

第三章 实验分析 11

3.1 材料样品的分析 11

3.1.1 飞灰的成分 11

3.1.2 飞灰的XRD物相分析 12

3.1.3 飞灰的形貌分析 14

3.2 飞灰水洗影响条件的分析 15

3.2.1 液固比对飞灰水洗的影响 15

3.2.2 水洗时间对飞灰水洗的影响 16

3.3 污泥活性炭吸附实验分析 17

3.3.1 投加量对污泥活性炭吸附情况的影响 17

3.3.2 pH对污泥活性炭吸附情况的影响 20

3.3.3 商业活性炭与污泥活性炭 24

第四章 结论 29

参考文献 31

致谢 33

绪论

生活垃圾

在如今我国社会和经济不断发展的态势之下，城市生活垃圾的数量同时也在不断增加。大量产生的生活垃圾严重地影响了我们的生活环境安全，关于生活垃圾的处理处置问题已经无法回避。焚烧、填埋和堆肥是目前我国对于生活垃圾的处理的主要方法。作为具有显著的资源化、无害化、减量化特点的焚烧发电技术，近年来已在我国得到广泛应用^[1]。据统计，截止2016年我国对于生活垃圾的焚烧量已经达到7.38×10⁷ t/a，与2004年相比增幅到1443.3%^[2]。

飞灰的特点

飞灰占焚烧系统中总残余物的15%左右，飞灰的成分主要有被烟气吹起的小颗粒灰分、未燃烧充分的可燃物、受高温影响而挥发的重金属和盐类等在净化系统中再次凝结或发生反应而形成的物质^[3]。飞灰中重金属含量超标，所以不能直接进行排放，但是飞灰也可以作为一种资源进行回收利用，因而受到人们的关注。飞灰中盐类含量较高，具有较高的重金属浸出浓度，飞灰中主要含有Zn、Pb、Cu、Cr、Ca、Al、Fe等几种元素。

飞灰处理的研究现状

固化与稳定化

1. 水泥固化

在进行水泥固化前需要经过水洗预处理，原因是飞灰中存在大量的Cl，需要先减少Cl对固化后产物的影响，以解决在后续pH值较小时重金属溶出的情况^[4]。在固化前经过水洗预处理，可去除大量盐类和重金属，以提高固化处理后固化体的性能。

1. 化学稳定化

化学稳定化法是通过投加试剂是飞灰中的物质发生反应，从而使飞灰中有毒的物质转化为没有毒性或毒性很小的物质，可以达到对飞灰进行无害化处置的目的，不过不同的飞灰之间其组成可能存在一定的差异，而选择的化学试剂对不同飞灰的处理效果也不尽相同，不具有普遍适用性。张瑞娜等^[5]使用三种试剂处理飞灰，实验得出利用与重金属螯合反应得到的飞灰有较好的抗酸碱性能。但在酸性条件下会废气和废水产生，还需对其进行处理。

1. 水热法

水热法是通过加热使水分子快速扩散，利用Al源、Si源、碱之间发生反应，将飞灰中的重金属固定在结晶产物之中^[6]。

分离萃取

（1）水洗法

由于飞灰中氯盐的含量很高，对飞灰的处理和利用效果产生很大的影响，所以减少Cl对飞灰的处理显得尤为重要。现在主要是对飞灰水洗使Cl溶解在水溶液中，随后再将水中的Cl进行处理。张玲等^[7]采用水洗法处理了飞灰，水洗主要去除飞灰中的氯、钠、钾、钙，其中氯的去除率以60%为最高。

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