粉煤灰中重金属淋滤特性试验及其处理方法的研究.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 粉煤灰中重金属淋滤特性试验及其处理方法的研究 姓名：汤蕾 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：向军;姚洪 20090522 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 煤炭是我国最重要的一次能源，伴随着燃煤的利用开发，大量的燃煤副产品对环 境造成了很大的危害露天堆积的粉煤灰在雨水的作用下，粉煤灰中的重金属会溶解 到雨水中，最后汇入地下水，通过食物链对人类造成危害因此对于粉煤灰中重金属 元素控制的研究显得极其重要 本文从实验室试验和模拟两方面对粉煤灰中重金属的淋滤特性和控制方法进行 研究粉煤灰来自贵州某电厂，机械筛分成三个粒径用 FeSO4溶液对粉煤灰进行处 理，利用缓慢氧化后形成的絮状 Fe(OH)3吸附重金属，然后与未处理的粉煤灰进行对 照淋滤试验，对淋出液中的重金属的含量进行测试，试验结果从不同粒径、不同淋滤 固液比、淋滤次数（时间）以及 FeSO4处理粉煤灰在不同处理固液比下对粉煤灰中重 金属淋出的控制率等几个方面进行分析通过对粉煤灰的淋滤试验发现（1）对于不 同粒径范围的灰样，除 Cd 外，其它重金属在较大粒径灰中的淋出率较高； （2）对于 Cd、Pb、Cu、Co、Cr、Ni 等重金属，淋滤固液比越小，淋出率越高； （3）淋滤次数 （时间）对各重金属淋出率的影响不同，这与其在粉煤灰中的存在形式和形态有关； （4）处理后的粉煤灰中重金属的迁移率比未处理的明显减小。

模拟采用美国 EPA 开发的 Visual MINTEQA 软件，对原灰和处理过的粉煤灰中， 以 Cd、 Pb 和 Ni 元素为代表的重金属进行模拟， 发现 pH 值对重金属的淋出影响较大 在 pH 值相对较小时，水合（氢）氧化铁（HFO）的对重金属的吸附作用很明显，随 着 pH 值的增大，吸附作用不明显，重金属的淋出转而由溶解/沉淀平衡决定 关键词：粉煤灰、重金属、淋滤、Visual MINTEQA、处理 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Coal is the most important energy resource in china. With the development of large amount of coal in use, a large number of by-product from coal combustion leads to significant impacts on the environment, for example, because most of the fly ash was disposed in the open landfill, heavy metals in the fly ash could be leached and enter into the surrounding water. The release of the heavy metals does great harm to the human through the food chain. Therefore, the research of heavy metals in fly ash becomes more and more important. This thesis aims to investigate the leaching behavior of heavy metals and try to find control method in fly ash via laboratory experiments and simulation. The fly ash used was collected in the coal fired power plant from Guizhou Province. The fly ash was classified into three size range. In the experiment, ferrous sulfate (FeSO4) solution was used to treat fly ash in order to capture hazardous leachable heavy metals. The investigations of experiments indicate that:(1) the leaching rates of heavy metals except Cd are highest in the larger size fly ash with largest surface area; (2) the smaller the solid to liquid ratio, the higher leaching rates of heavy metals; (3) the leaching times of heavy metals are different, which is due to the speciation in the fly ash; (4) the leaching rate obviously gets smaller after the treatment. Visual MINTEQA was used to simulate leaching process. Pb, Cd and Ni were considered in the simulation. From the calculations, the impact of pH values is the key point. The absorption plays an important role in the leaching test when pH values are lower. On the contrary, in the condition of high pH values, the leaching behavior of heavy metals depends on the balance of dissolution-precipitation. Keywords：Fly ash, Heavy metals, Leaching, Visual MINTEQA，Treatment 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做 出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文 保 密 □，在 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密 √□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 研究背景 能源是社会发展和经济增长的物质基础，它直接关系人民生活和国民经济的发 展，是经济和社会赖以生存的战略资源之一。

同时经济的增长也不断的推动世界能源 需求的增长石油、煤炭和天然气是三种常规的化石能源，化石能源在当前世界一次 商品能源消费结构中占 89.8%，在中国，这个比例更是达到了 97.1%随着新能源的 发展和应用，化石能源所占的比重会逐渐下降，据估测到 2050 年世界及中国化石能 源比重相应降至 62.4%及 76.6%尽管如此，化石能源在世界能源中所占的地位还是 不可取代的表 1.1 显示的是英国 BP 公司 2004 年的能源统计报告，是对世界化石能 源的储采比的一个估测，根据 2003 年底的消耗水平，石油和天然气都将在未来几十 年到几百年内消耗完，虽然全球能源的供应形势非常严峻，但在短期内不会出现能源 枯竭的问题 表 1.1 世界化石能源储采比/年 储采比 石油 煤炭 天然气 中国 19.1 69.0 53.4 OECD 国家 11.1 220.0 14.2 世界平均 41.0 192.0 67.1 资料来源 BP 2004 Statistical Review of World Energy[1] 从上表中可以看出，在这三种常规化石能源中，煤的储量是最多的世界平均水 平显示煤的储采比大约是石油的 5 倍，是天然气的 3 倍，在 OECD（经济合作发展组 织国家）中，这个比例最大，为 220 年，在中国为 69 年，世界平均水平为 192 年。

图 1.1 表示的是世界煤炭的消费结构，世界上煤炭消耗最大的十个国家是中国、美国、 印度、日本、俄联邦、南非、德国、波兰、韩国和澳大利亚，其中中国是第一煤炭消 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 耗大国，占 32%；其次是美国，占 25%这说明，即使是在世界经济一体化浪潮的推 动下，在世界能源结构发生巨大变革之后，能源资源赋存条件依然是能源消费结构的 一个主要因素[2] 波兰 2% 韩国 2% 其他国家 12% 澳大利亚 2% 南非 4% 德国 4% 日本 5% 俄联邦 5% 印度 8% 美国 24% 中国 32% 波兰 2% 韩国 2% 其他国家 12% 澳大利亚 2% 南非 4% 德国 4% 日本 5% 俄联邦 5% 印度 8% 美国 24% 中国 32% 图 1.1 2003 年世界煤炭消费结构 我国能源结构的基本特点是：富煤、贫油、少气在一次能源中,我国煤炭资源最为丰 富,探明的保有量已超过 10000 亿吨，居世界第三位在保有的煤炭储量中, 烟煤占 70 %以上, 褐煤占 14 %，无烟煤占 14 %煤炭占我国化石燃料总储量的 95%以上[2]。

丰富的煤炭资源和我国历史、经济等方面的条件相结合，形成了我国能源结构中以煤 为主的格局， 并且在今后相当长的时间内， 这种以煤为主的能源结构不会有大的变化 中国作为一个发展中国家，能源结构受资源的影响更大[3]因此，中国必将长期存在 以煤炭为主要能源的消费结构 根据我国的能源资源条件、国民经济和科学技术发展水平，可以预测到 2010 年 煤炭在能源消费结构中仍将占有 60％以上的比例 煤炭在锅炉中燃烧后有两种固态的残留物——飞灰和底渣粒径较小、密度较小 的固体颗粒随烟气从锅炉尾部排出的，由电厂的除尘装置收集下来的这部分粉状物质 成为粉煤灰，又叫飞灰；粒径较大、密度较大的固体颗粒物从炉膛的底部收集出来的 称为底渣由于电力行业的发展，我国粉煤灰排放量呈逐年上升的趋势，据统计 1995 年，我国粉煤灰的排放量达 1.25 亿吨，2010 年将达到 2 亿吨，给我国的国民经济建 设和生态环境造成了巨大的压力[4] 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 1.2 课题的提出 电站锅炉的粉煤灰由除尘装置或是除尘器捕捉，除尘器按除尘过程是否用水或其 它液体分为干式除尘器和湿式除尘器。

干式除尘器除下来的粉煤灰是干灰，有利于综 合利用，亦能节约用水，目前被广泛应用。