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基于加速碳酸化法稳固化垃圾焚烧飞灰中重金属实验研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.1.1 生活垃圾处理现状及其焚烧飞灰的产生与危害

1.1.2 生活垃圾焚烧飞灰无害化处理技术

1.1.3 加速碳酸化技术

1.2 相关国内外研究现状

1.2.1 燃煤流化床飞灰稳固化处理垃圾焚烧飞灰

1.2.2 加速碳酸化参数对碳固定量的影响

1.2.3 加速碳酸化技术稳固化处理垃圾焚烧飞灰

1.3 研究内容及目标

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究目的

1.3.3 技术路线

1.4 本章小结

第二章 实验装置与方法

2.1 实验系统

2.1.1 飞灰碳酸化反应实验系统

2.1.2 重金属毒性浸出测试系统

2.2 实验主要分析方法及仪器

2.2.1 实验原样

2.2.2 加速碳酸化反应及碳固定量测量

2.2.3 毒性浸出及重金属浓度测量方法

2.2.4 样品基本物化性质测量分析方法

2.3 本章小结

第三章 基于燃煤流化床飞灰固化技术及加速碳酸化法的重金属稳固化和C02固定实验研究

3.1 利用燃煤流化床飞灰稳固化垃圾焚烧飞灰中重金属

3.1.1 飞灰原样毒性浸出特性

3.1.2 燃煤流化床飞灰添加比例对垃圾焚烧飞灰中重金属的稳固化影响

3.2 加速碳酸化参数对垃圾焚烧飞灰中重金属稳固化影响研究

3.2.1 碳酸化温度对样品毒性浸出特性影响

3.2.2 碳酸化时间对样品毒性浸出特性影响

3.2.3 样品初始液固比对样品毒性浸出特性影响

3.2.4 搅拌转速对样品毒性浸出特性影响

3.2.5 反应初始压力对样品毒性浸出特性影响

3.2.6 CO2浓度对样品毒性浸出特性影响

3.3 加速碳酸化参数对碳固定量影响研究

3.3.1 碳酸化温度对CO2固定量影响

3.3.2 碳酸化时间对CO2固定量影响

3.3.3 样品初始液固比对CO2固定量影响

3.3.4 搅拌转速对CO2固定量影响

3.3.5 反应初始压力对CO2固定量影响

3.3.6 CO2浓度对CO2固定量影响

3.4 垃圾焚烧飞灰与燃煤流化床飞灰混合及加速碳酸化处理反应特性研究

3.4.1 飞灰混合及碳酸化处理前后物相特性

3.4.2 飞灰混合及碳酸化处理前后微观形貌变化

3.4.3 飞灰混合及碳酸化处理前后孔隙结构及分布特性

3.5 水泥、石灰稳固化重金属对比实验研究

3.5.1 垃圾焚烧飞灰水泥、石灰固化研究

3.5.2 固化体抗压强度分析

3.6 本章小结

第四章 基于GA-BP网络的重金属稳固化及碳固定量权重分析

4.1 BP神经网络

4.1.1 BP神经网络学习过程

4.1.2 BP神经网络MATLAB实现

4.2 GA-BP神经网络

4.2.1 遗传算法

4.2.2 GA-BP神经网络计算流程

4.3 加速碳酸化参数对重金属浸出浓度及CO2固定量影响权重分析

4.3.1 BP神经网络结构确定

4.3.2 遗传算法及权重设计

4.3.3 加速碳酸化参数对重金属浸出浓度影响权重分析

4.3.4 加速碳酸化参数对CO2固定量影响权重分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 全文结论

5.2 进一步工作建议

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果

致谢

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摘要

焚烧法处理生活垃圾减容、减量效果好,去毒彻底且可实现余热利用,有着广阔的应用前景,但是焚烧后的生活垃圾焚烧(MSWI)飞灰中富含大量有毒重金属,因此垃圾焚烧飞灰必须经稳固化处理后方可进行运输、填埋处理。本课题向垃圾焚烧飞灰中添加燃煤流化床飞灰,并对混合飞灰试样进行加速碳酸化处理,研究了不同燃煤流化床飞灰添加比例及在特定添加比例条件下加速碳酸化参数对重金属浸出浓度和CO2固定量的影响规律,并将混合飞灰加速碳酸化法与水泥、石灰固化方法进行比较;利用GA-BP神经网络探明了各加速碳酸化参数对重金属浸出浓度和CO2固定量的影响权重。主要研究结论如下:
  垃圾焚烧飞灰中添加燃煤流化床飞灰有利于垃圾焚烧飞灰中重金属稳固化,一定条件下加速碳酸化法也可以使重金属浸出浓度降至较低水平,但是加速碳酸化处理会减弱燃煤流化床飞灰对垃圾焚烧飞灰中重金属的稳固化作用。与水泥固化、石灰固化相比,垃圾焚烧飞灰中添加燃煤流化床飞灰并进行加速碳酸化处理在稳固化重金属Pb方面占优。燃煤流化床飞灰固化体无侧限抗压强度超过危险废物处理最低抗压强度限值,且垃圾焚烧飞灰与燃煤流化床飞灰混合后的固化体无侧限抗压强度高于飞灰原样,而经碳酸化处理后固化体无侧限抗压强度反而降低。
  利用MATLAB软件编写GA-BP网络程序,研究实验范围内各加速碳酸化参数对重金属浸出浓度及CO2固定量的影响权重,发现样品初始液固比、碳酸化反应温度、反应时间是影响重金属浸出浓度的主要参数,且样品初始液固比影响权重最高。而对于CO2固定量,除样品初始液固比、碳酸化反应温度、反应时间三个参数外,CO2浓度也是一个重要影响因素。

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