焚烧飞灰水洗液进行水泥窑尾气曝气过程中两性重金属的共沉淀特性

生活垃圾焚烧飞灰的水泥窑协同处置技术前景广阔，然而预处理过程产生的高pH值、高Ca2+浓度、高两性重金属(Pb、Cd、Sb、Cu、Zn)废水问题，已经成为制约该技术的科学难题。本项目针对废水的高碱性，利用两性重金属的碳酸盐溶度积较小的特点，采用富含CO2的水泥窑尾气向废水中曝气，在尽可能低曝气量的条件下，研究废水的中和特性，Ca2+和两性重金属的共沉淀特性及沉淀动力学，分析重金属在共沉淀产物中的空间分布特性。采用PHREEQC软件对曝气过程中两性重金属的沉淀-溶解平衡进行化学模拟，提出并证实两性重金属的共沉淀机理，建立两性重金属的共沉淀模型，明确水泥窑尾气曝气方法对两性重金属共沉淀的选择性。本项目的意义在于利用温室气体同时实现中和废水的碱性、沉淀Ca2+、沉淀废水中共存的两性重金属，最终探索出低碳、高效的高碱性、含两性重金属废液的处理途径，推动焚烧飞灰的水泥窑协同处置技术转化为生产力。

生活垃圾焚烧飞灰的水泥窑协同处置技术前景广阔，然而预处理过程产生的高pH值、高Ca2+浓度、高两性重金属(Pb、Cd、Sb、Cu、Zn)废水问题，已经成为制约该技术的科学难题。本项目针对废水的高碱性，利用两性重金属的碳酸盐溶度积较小的特点，采用富含CO2的水泥窑尾气向废水中曝气，在尽可能低曝气量的条件下，研究废水的中和特性，Ca2+和两性重金属的共沉淀特性及沉淀动力学，分析重金属在共沉淀产物中的空间分布特性。采用PHREEQC软件对曝气过程中两性重金属的沉淀-溶解平衡进行化学模拟，提出并证实两性重金属的共沉淀机理，建立两性重金属的共沉淀模型，明确水泥窑尾气曝气方法对两性重金属共沉淀的选择性。本项目的意义在于利用温室气体同时实现中和废水的碱性、沉淀Ca2+、沉淀废水中共存的两性重金属，最终探索出低碳、高效的高碱性、含两性重金属废液的处理途径，推动焚烧飞灰的水泥窑协同处置技术转化为生产力。.项目自行设计和试制了顶空、气氛可控式曝气试验台，该试验台具有实时监测反应溶液pH值变化，控制CO2流量与分压，控制搅拌速率，控制反应器温度。由于该试验考察CO2的曝气对痕量 重金属的共沉淀特性的影响，由于大气中含有一定量的CO2，因此需要对大气进行隔绝，本实验装置设置了顶空密闭空间，通入氮气作为隔绝气，从而对大气隔绝。.项目针对焚烧飞灰洗液中高浓度的危害显著的几种痕量金属开展研究，分别为Pb、Cd、Cu、Zn、As和Sb。针对CO2曝气速率、初始碱性溶液中痕量金属浓度不同开展实验。研究发现，CO2曝气能够非常有效的降低飞灰洗液中重金属的浓度。其原因有4点：（1）pH值变化引起的重金属溶解度发生改变；（2）CO32-的浓度增高引起的痕量金属碳酸盐沉淀；（3）Fe/Al胶体对痕量金属的吸附作用；（4）CaCO3生成对痕量重金属的吸附共沉淀作用。.研究发现：（1）焚烧飞灰的水洗液对于痕量重金属属于过饱和状态，性质不稳定。当少量的CO2进入溶液时，打破了溶液对痕量重金属的过饱和状态，使得痕量重金属迅速以氢氧化物的形式发生沉淀。（2）碳酸钙和氢氧化铁和氢氧化铝胶体对痕量重金属有非常强烈的吸附作用。（3）飞灰洗液中Ca2+的浓度远高于Fe3+/Al3+，因此生成的碳酸钙沉淀量显著高于氢氧化铁和氢氧化铝胶体，因此碳酸钙吸附共沉淀是导致飞灰洗液中痕量重金属沉淀的主要原因。