论文总字数：28600字

摘 要

本文选择铅、镉在垃圾焚烧烟气中的一种重要的存在形态-PbCl₂、CdCl₂进行探究，重点探究PbCl₂，对比辅助探究CdCl₂。

通过模拟垃圾焚烧实验研究氯对铅和镉动、静态挥发特性的影响。结果表明，有机氯和无机氯均提高了模拟垃圾中铅、镉的挥发性能，有机氯的影响大于无机氯。PVC能降低铅、镉的挥发温度段，使之在较低温度下生成挥发性较强的铅、镉氯化物。NaCl对铅和镉的挥发促进作用产生在高温段，并没有提前，由此可以推测NaCl、PVC对Pb、Cd挥发促进机理不同。

利用双温区控温管式炉系统和SEM-EDS探究矿物类吸附剂（高岭土、沸石、氧化钙）对氯化铅蒸汽的吸附效果，其中，重点研究了高岭土对氯化铅蒸汽的吸附规律。结果表明，在纯氧氛围下，水分的存在总是有利于天然高岭土对PbCl₂蒸汽的吸附。在外通水分参与的条件下，随着温度的升高，高岭土的吸附性能随之增强；在没有外通水分的参与下，随着温度的升高，高岭土的吸附性能随之下降。900℃下，高岭土、沸石、氧化钙对PbCl₂蒸汽的均有一定吸附作用，吸附效果依次为：高岭土gt;CaOgt;沸石。同时，本文对高岭土进行煅烧、酸浸泡改性以期提高吸附剂性能，结果表明：煅烧和酸改性高岭土均能提高吸附性能。

最后利用双温区控温管式炉系统对吸附剂吸附镉蒸汽实验做了初步探究，与铅蒸汽吸附实验不同的是，900℃纯氧无水氛围下，高岭土、沸石、氧化钙对CdCl₂蒸汽的吸附效果微小。

关键字：矿物类吸附剂；铅；镉；氯化物；挥发特性；吸附特性；

Experimental study on the high-temperature adsorption of lead and cadmium vapor by mineral adsorbents

Abstract

This paper is concerned with two important speciation of and lead (Pb) and cadmium (Cd) which are lead chloride(PbCl₂) and cadmium chloride(CdCl₂) in Municipal solid waste (MSW) incineration.

First, simulated municipal solid waste (MSW) and the tubular furnace are used to study the effects of chlorides (including inorganic chloride NaCl and organic chloride PVC) on the volatilization of lead and cadmuim .The results show that both PVC and NaCl have positive effect on the volatilization of lead and cadmium, while, PVC has more significant impacts than NaCl. PVC can push PbO、CdO to be PbCl₂、CdCl₂ at a low temperature. NaCl starts to improve the volatilization of lead and cadmium at a high temperature.It may push PbO、CdO to be lead chloride and cadmium chloride at a high temperature.

Then, using an tubular furnace with double temperature zone and SEM-EDS to explore the law of PbCl₂ adsorbed by high-temperature miner based dispersed sorbents. Further more, trying to modify kaolinite  to obtain the adsorbents of high efficiency. The results show that H₂O is always beneficial for the adsorption of kaolinite ,but high temperature only promote the adsorption when H₂O exists. Kaolin was found to be a relatively effective sorbent for Pb. Following kaolin ,in order , are CaO and zeolite. The adsorption performance of calcined kaolin  improve a little and  kaolin modified by HCl has a better performance.

Finally, the adsorption experiments on CdCl₂ are also investigated. The results show Kaolin 、CaO and zeolite almost have no adsorption efficiency on Cd, which is opposite to Pb.

Key words: mineral adsorbents; Pb ; Cd; volatilization;chloride; adsorption;

目录

摘要 II

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1我国城市垃圾现状 1

1.2 我国城市垃圾处理现状 2

1.3 垃圾焚烧产生的铅、镉污染及其危害 4

1.4 铅、镉排放控制现状 5

1.5 本文的研究目的和主要研究内容 7

第二章 实验装置与实验方法 9

2.1实验装置 9

2.1.1 铅、镉挥发特性实验装置与方案 9

2.1.2 吸附剂高温吸附铅、镉蒸汽实验装置与方案 10

2.2 实验仪器 11

2.2.1原子吸收分光光度计 11

2.2.2扫描电子显微镜(SEM-EDS) 12

2.3 实验步骤 13

2.3.1铅、镉挥发特性实验步骤 13

2.3.2 吸附剂高温吸附铅、镉蒸汽实验步骤 13

第三章 氯对垃圾焚烧中铅、镉挥发性能的影响 15

3.1 氯对垃圾焚烧中铅挥发性能的影响 15

3.1.1 铅的静态挥发特性 15

3.1.2 铅的动态挥发特性 16

3.2 氯对垃圾焚烧中镉挥发性能的影响 17

3.2.1 镉的静态挥发特性 17

3.2.2 镉的动态挥发特性 18

第四章 矿物类吸附剂对铅、镉蒸汽的吸附实验 20

4.1 吸附剂对氯化铅蒸汽的吸附控制实验 20

4.1.1 900℃时三种吸附剂对PbCl₂吸附性能探究 20

4.1.2 天然高岭土对氯化铅蒸汽吸附性能的探究 21

4.1.3 改性高岭土在无水氛围下对PbCl₂吸附性能的探究 25

4.2 铅吸附与镉吸附的区别 27

结论 29

致谢 30

参考文献（References） 31

第一章 绪论

1.1我国城市垃圾现状

我国城市生活垃圾依据来源可大致分为三类，居民生活垃圾包括：食品垃圾、布木料、金属、塑料、橡胶、砖瓦陶瓷、灰渣等；清扫垃圾包括：公共场所产生的泥沙、枯枝树叶、灰土、商品包装等废弃物；社会团体垃圾包括：工、商、交通等各部门产生的垃圾。我国垃圾成分以有机物为主，热值低、水分含量大。各个成分的比例如表1-1所示。其成分有如下特点：1、受经济发展水平影响大，造成垃圾成分地域性差别大，南北方不同，不同经济规模城市垃圾组分也不同，图1-1、1-2表示了这种特点随地域、城市规模的差异。2、主要以厨余垃圾为主，纸张、塑料的比例逐年增大，垃圾水分含量大，约为40%-50%^[1]。

表 1-1 我国平均垃圾成分^[1]

图 1-1 南北方城市生活垃圾成分^[2] 图 1-2不同规模城市生活垃圾成分^[3]

改革开放以来，我国经济快速增长，人民消费水平显著提升，城镇化进程不断加快，由此产生的城市生活垃圾也急剧增加。国家数据^[4]显示，2004年，我国垃圾清运量为15509.3万吨；2013年，我国垃圾清运量达到17238.6万吨。九年里我国垃圾增量为1729.3万吨，增长率11.15%。图1-3展示了近十年来我国垃圾清运量及处理率。据预测，2030年我国的固体垃圾年生产量将达到4.8×10⁸ t/y，比2004年增长150%^[5] 。此外，据不完全统计，全国600多座除县城外的大中城市中，约有2/3处于垃圾的包围之中，其中1/4已经没有合适的场所堆放垃圾，所侵占的土地面积多达5亿平方米^[6]。逐年累积的城市生活垃圾带来了资源浪费、侵占土地、污染环境、污染水体等一系列问题，亟需进行无害化、减量化、资源化处理。

图1-3 2004年-2013年我国城市垃圾清运量^[4]

1.2 我国城市垃圾处理现状

二十一世纪来，我国垃圾无害化处理能力、无害化处理量、无害化处理率均有大幅度增长。2013年，我国城市生活垃圾清运量17238.6万吨，无害化垃圾处理场达到765座，无害化处理量达到15394万吨，无害化处理率为89.3%^[4]。从2004至2013这十年里，我国垃圾无害化处理能力增长了106.4%，无害化处理量增长了90.3%，无害化处理率增长了71.4%。图1-4展示了2004-2013年我国垃圾无害化处理量及处理率的增长趋势。

图1-4 2004-2013年我国生活垃圾无害化处理能力、无害化处理率^[4]

介于我国城市垃圾组分的多样性、复杂性，全国各地区的垃圾处理模式很难统一，但最终的处理目标是统一的，即实现垃圾处理“三化”-资源化、无害化、减量化。当下最流行、最为有效的三种应用技术是堆肥、填埋和焚烧^[7]。其中，垃圾堆肥技术具有循环、环保、绿色等特色，但其缺点是仅适用于垃圾中有机成分，并不适合作为垃圾处理的最终技术。垃圾填埋技术操作简单、投资运行费用低，在国内垃圾处理方式上占据较大比例。但其缺点是管理难统一，填埋场地面积大，易产生填埋废气（甲烷、硫化氢等）和污水，填埋渗滤液防渗透、收集处理系统负荷和技术难度大、投资高。近年来，随着土地资源的紧张以及填埋导致的污水废气问题突出，专家学者开始重新衡量填埋法的利弊，并将目光放在了焚烧法上。焚烧发电法将无用、廉价垃圾的低品位化学能、内能转化为高品质热能、电能，实现了能量的高效、循环、二次利用，缓解了国家对煤炭、石油等能源的依赖。虽然不及太阳能、风力发电技术的洁净，但是相比于填满技术，焚烧法可以对垃圾处理达到 80%以上减重、85%以上减容的效果，焚烧后产生的底渣可以被二次利用，用作于水泥生产、道路铺设和一般性建筑材料。由于该处理方法的温度很高，可以消除部分垃圾中的细菌，从一定程度上减缓了垃圾堆放所产生的传染病问题。事实上，有着花园国家之称的新加坡已经实现全国垃圾焚烧处理100%化，其他发达国家也早已减持垃圾填埋技术的比重，优先推广发展垃圾焚烧技术。表1-2展示了部分发达国家城市生活垃圾的处理方法及相应比重。资料统计显示 ，2013年，我国生活垃圾焚烧无害化处理量达到4366.7万吨，焚烧无害化处理能力达到158488吨/日，焚烧无害化处理厂数有166座^[4]。图1-5展示了近十年我国垃圾焚烧处理能力及处理量。相比于2004年，我国垃圾焚烧无害化处理能力在十年里翻了9倍，焚烧无害化处理量翻了近10倍。由此可见，我国垃圾焚烧处理技术正处于蓬勃发展阶段。

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