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城市生活垃圾焚烧产生的烟气中,含有大量的挥发性重金属,其中汞的排放对生态环境有着直接的和潜在的危害。焚烧烟气中汞的存在形态主要有元素汞、反应汞(即二价汞)以及颗粒汞。目前,应用最多的活性炭喷射技术虽然能够有效的控制汞的排放,但是,活性炭喷射成本非常高,同时产生大量的吸附汞的活性炭,成为危险废物。经填埋处置后,在微生物的作用下能够生成毒性更大的甲基汞。传统的除尘设备例如静电除尘器、布袋除尘器等只能去除颗粒汞,对元素汞和反应汞的去除率极低。烟气脱硫脱硝装置能够去除部分二价汞,对元素汞去除无明显效果。因此,开展汞污染控制的研究对于减轻汞对生态环境的危害具有重要意义。
多硫化钠可以高效去除焚烧烟气中挥发性汞,产生稳定的硫化汞。本论文对于多硫化钠的分解机理、多硫化钠去除元素汞和反应汞的分子机理,以及多硫化钠分解产物对焚烧飞灰中重金属的稳定化效果进行研究。
首先,研究多硫化钠在模拟烟气(由CO2、N2、O2组成)中的分解机理。试验结果表明,在不同温度下多硫化钠都分解产生Na2SO4、Na2SO3、Na2S2O3、Na2S、S以及SO2。同时,随着烟气温度的升高,分解产物中Na2S2O3含量逐渐增多,由64.37%增大到90.24%,其他产物含量却相对减少,因此多硫化钠的分解受温度的影响较为明显。
其次,在模拟烟气中添加HC1气体,考察HC1对汞形态的影响。在不同的温度下,随着HC1浓度的增加,元素汞转化为反应汞的比例增加,即HC1能够促进元素汞向反应汞的转化。同时,研究多硫化钠喷射对于烟气中汞的去除,180℃时,多硫化钠对于元素汞的去除在90%以上,对于反应汞的去除能够达到92%:随着烟气温度的升高,多硫化钠对于汞的去除率降低。结合多硫化钠分解产物的分析,可以得出烟气中汞的去除机理:Hg2++S2-→HgS,Hg0+S0→HgS,Hg0+1/2O2→HgO,HgO+1/2O2+SO2→HgSO4。
第三,将多硫化钠分解产物添加到生活垃圾焚烧飞灰中,进行重金属浓度浸出试验。结果表明,多硫化钠分解产物能够对飞灰中重金属起到稳定化作用。
总之,多硫化钠喷射可以有效去除焚烧烟气中的元素汞和反应汞,其分解产物进入飞灰之后有助于重金属(As、Hg、Cr等)的稳定化。