生活垃圾焚烧飞灰固化体力学及重金属浸出特性

以苏州七子山生活垃圾焚烧厂产生的飞灰为研究对象,采用水泥作为固化剂,研究水泥飞灰固化体的应力应变特征及重金属浸出特性,并探讨了水泥飞灰配合比、养护时间等关键性因素对这些特性的影响。实验结果表明:较养护3 d的样品,其余养护时间的样品强度平均增长了约96.2%,而其破坏应变平均减小了56%。随着水泥含量和养护时间的增加,飞灰固化体的强度上升,而其破坏应变减小,该趋势主要归因于钙矾石(AFt)的形成促进了飞灰固化体强度的发展。较飞灰原样,飞灰固化体的重金属浸出浓度随着水泥含量、养护时间的增加而降低了38%~99%,重金属的迁移被限制,主要归因于水化硅酸钙(C—S—H)和钙矾石(AFt)的形成,以及飞灰和水泥水化反应创造的强碱性环境。     

生活垃圾焚烧飞灰固化体力学及重金属浸出特性

以苏州七子山生活垃圾焚烧厂产生的飞灰为研究对象,采用水泥作为固化剂,研究水泥飞灰固化体的应力应变特征及重金属浸出特性,并探讨了水泥飞灰配合比、养护时间等关键性因素对这些特性的影响。实验结果表明:较养护3 d的样品,其余养护时间的样品强度平均增长了约96.2%,而其破坏应变平均减小了56%。随着水泥含量和养护时间的增加,飞灰固化体的强度上升,而其破坏应变减小,该趋势主要归因于钙矾石(AFt)的形成促进了飞灰固化体强度的发展。较飞灰原样,飞灰固化体的重金属浸出浓度随着水泥含量、养护时间的增加而降低了38%~99%,重金属的迁移被限制,主要归因于水化硅酸钙(C—S—H)和钙矾石(AFt)的形成,以及飞灰和水泥水化反应创造的强碱性环境。     

粉煤灰固化处理生活垃圾焚烧飞灰效果研究

为了减少生活垃圾焚烧飞灰中重金属等污染物对环境的危害,以粉煤灰和脱硫石膏为原料对生活垃圾焚烧飞灰中重金属进行安全处理。采用机械力化学法探究了脱硫石膏与垃圾焚烧飞灰掺加比、(脱硫石膏+垃圾焚烧飞灰)与粉煤灰掺加比、球磨频率、球磨时间和养护温度参数对固化体性能的影响。并通过XRD和FTIR手段对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化机制进行了研究。研究结果表明,采用机械力化学法能够显著提升粉煤灰的活性,并使制备出的固化体具有较高的抗压强度。当脱硫石膏与垃圾焚烧飞灰掺加比为1∶4,(脱硫石膏+垃圾焚烧飞灰)与粉煤灰为2∶3,球磨频率30 Hz,球磨时间2 h,养护温度60℃时,固化体28 d抗压强度达到22.3 MPa,并采用AAS测得固化体浸出液中Cd和Zn重金属的浸出量分别仅为0.015 mg/L和0.008 mg/L,均远低于GB 5085.3-2007规定限值。XRD和FTIR表征结果表明,固化体水化过程中生成了水化硅酸钙(C—S—H)和钙矾石(AFt)并分别主要以物理包裹和化学吸附的形式实现了垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定化。     

基于固化法共处置飞灰和浓缩液浸出特性研究

在水泥固化时将生活垃圾焚烧飞灰（简称飞灰）以不同的比例代替复合硅酸盐水泥并且用垃圾渗滤液浓缩液代替水进行固化实验,研究了飞灰掺量（40%、50%、60%）、浓缩液替代水对水泥固化法固化效果及重金属（Zn、Pb、Cd、Cr、As、Ba）浸出的影响.结果表明：飞灰掺入量的增加会降低固化体的抗压强度,但浓缩液替代水对固化体的抗压强度没有显著影响.不同重金属的浸出行为受掺灰率的影响不同,掺灰率的增加会减少固化体中Zn的浸出,增加Pb和Cd的浸出,Zn、Pb、Cr、As在第36d可达到稳定浸出量不再增加,Ba的累积浸出量持续增加,加入浓缩液后固化体中Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属的浸出量未超过标准限值,可以满足固化处理对浸出毒性的要求.     

飞灰添加量对矿渣基回填胶凝材料水化机理以及重金属固化/稳定化效果影响

采用飞灰协同冶金固体废物(高炉矿渣、钢渣以及脱硫石膏)制备飞灰-矿渣基胶凝材料代替水泥作为采空区的回填材料,并探究了飞灰掺入量对胶凝体系水化机理及重金属稳定化效果的影响。结果表明：胶凝体系飞灰掺入量较少时(10%),会抑制体系早期(3 d)水化产物的生成,降低固化体的抗压强度;飞灰的碱激发作用会在一定程度上促进水化产物钙矾石的生成,对养护结束(28 d)时固化体的抗压强度提升具有促进作用;当胶凝体系飞灰掺入量较高时(25%),会严重抑制胶凝体系水化进程,但其产品抗压强度仍高于矿区采空区对胶凝材料的要求。另一方面,飞灰-矿渣基胶凝体系对飞灰中重金属的稳定化效果良好,除了飞灰掺入量为25%处理组的Zn浸出浓度接近水泥胶砂(GB/T 30810—2014)标准限制外,其他处理组(飞灰添加量为0%～20%)重金属浸出量均满足标准限制。因此,在掺入量合适的情况下,以飞灰作为矿区回填胶凝材料是一种理想的飞灰建材资源化方法。     

焚烧飞灰水泥固化技术研究

对利用水泥固化技术处理城市垃圾焚烧飞灰的效果进行了实验研究,分析了焚烧飞灰的主要化学组成,考察了水洗预处理对飞灰组成及固化效果的影响,研究了不同水泥/飞灰配比下所制得固化块的机械性能和重金属浸出毒性结果表明,焚烧飞灰主要元素包括Cl、Ca、O、K、S、Na等,此外还含有一定量的重金属包括Zn、Pb、Cu、Cd和Cr等.经过水洗预处理,焚烧飞灰中的可溶性盐类大大减少,飞灰固化块的强度得到了一定的提高,重金属浸出毒性则有明显的降低,预处理飞灰所制固化试块在养护28d后其重金属浸出毒性都能达到相应的控制标准,其中重金属Pb浸出浓度比原灰所制固化块降低了11%(飞灰添加量20%)～59%(飞灰添加量80%);随着水泥添加量的增加,飞灰固化块的抗压强度也随之提高.添加60%水泥的固化块在养护28d时的抗压强度最高,达425 N·cm-2;预处理飞灰固化块有着较强的抵御环境变化能力,重金属浸出毒性在pH值1～13的范围内都比较稳定.     

飞灰哌嗪类螯合剂固化/稳定化体中重金属释放机理

生活垃圾焚烧飞灰中重金属对环境产生较大危害,而对其的固化/稳定化成为飞灰处理处置中的首要问题。用普通硅酸盐水泥处理垃圾焚烧飞灰较为普遍,为降低能耗提高产品效益,研究了新型大分子有机螯合剂哌嗪-N,N’-双二硫代羧酸钠（TS300）协同不同用量的水泥（30%、40%）固化飞灰中重金属的能力。探究了TS300对目标重金属Zn、Cd、Cr、Pb、Ni的浸出浓度、化学形态和微观结构的影响。结果表明：TS300协同水泥可有效固定飞灰中的重金属,降低浸出浓度60%以上;重金属Cr、Cd、Pb、Ni经固化后的化学形态整体向更稳定的方向移动;随着TS300和水泥添加量的增大,固化块晶体组成更稳定、抗酸强度上升且孔隙致密度增加,其中水泥添加量40%、TS300添加量8%的固化块重金属浸出浓度最低,固化效果最佳。综上,探究TS300协同水泥固化/稳定化重金属的效果和机理,有利于探究不同飞灰处理处置方式的优劣,分析水泥协同药剂固化稳定化飞灰重金属的效果,降低填埋场渗滤液的环境风险,为后续飞灰重金属螯合剂的研发提供新思路。     

矿渣胶结材固化处理垃圾焚烧飞灰

垃圾焚烧飞灰经测试,重金属Pb和Cr超出浸出毒性标准,被认为是一种危险废物,必须加以稳定化处理。水泥熟料激发的矿渣胶结材(CS)按25%、30%、35%和45%的比例掺入焚烧飞灰中,测试飞灰固化体7、28、60d的强度、重金属浸出浓度及固化体的水化产物。结果表明,掺入矿渣胶结材后的飞灰固化体60d养护后均达到填埋标准。矿渣掺量35%时,飞灰固化效果最优,28d就可以达标,表明焚烧飞灰与矿渣在合适的比例下可发生复合反应,形成超叠加效应,增强固化效果。     

焚烧飞灰作复合胶凝组分资源化利用的安全性

从焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系中重金属的化学存在形态、表面浸出毒性、浸出率等方面对城市垃圾焚烧飞灰作为水泥复合胶凝组分的安全性进行试验研究。结果表明,飞灰中富含能被水浸出的Zn、Pb、Cr、Cd和Cu等各种重金属。垃圾飞灰作为水泥复合胶凝组分材料使用时,力学性能满足要求,且各重金属稳定态的比例均有不同程度的增加,硬化浆体长期抗表面浸出能力较强。矿物掺合料的掺入,对重金属的固化有一定的增强效果。垃圾焚烧飞灰有望作为水泥复合胶凝组分材料安全使用。     

垃圾焚烧飞灰固化体的力学和浸出特性分析

采用磷酸镁水泥(MPC)和普通硅酸盐水泥(OPC)对垃圾焚烧飞灰进行固化/稳定化处理,通过无侧限抗压强度试验、渗透试验和浸出试验分别研究了MPC和OPC对垃圾焚烧飞灰固化体力学和浸出特性的影响规律,并通过压汞试验和形态提取试验分析了相应的微观机理。试验结果表明:随着MPC和OPC添加量的增加,飞灰固化体的强度增加,渗透系数和重金属(Pb、Cd)浸出浓度降低,但相同添加量的OPC固化体的强度、渗透系数及重金属(Pb、Cd)浸出浓度均大于MPC固化体;压汞试验结果表明:在相同添加量条件下,OPC固化体的孔隙体积大于MPC固化体,且OPC和MPC分别通过减少孔径1μm和0. 1μm孔隙的体积来影响固化体的强度和渗透特性;形态提取试验结果表明:OPC和MPC均可促使Pb、Cd从活性态(弱酸提取态)向较稳定态(可还原态、残渣态)转化,但MPC固化体中残渣态的Pb、Cd含量较高。MPC固化体在力学特性、重金属浸出行为及微观结构均优于OPC固化体,OPC和MPC对Pb、Cd固稳机制的差异是MPC固稳效果优于OPC的根本原因。     

生活垃圾焚烧飞灰生物脱氯机制研究

垃圾焚烧飞灰中的高氯含量是限制其在水泥工业中资源化利用的重要因素,如何实现垃圾焚烧飞灰的有效脱氯是飞灰应用于水泥工业亟需解决的关键技术问题.在对我国7个典型垃圾焚烧厂飞灰组成及特征分析的基础上,开发了飞灰与污泥共处置脱氯工艺,结果表明,我国典型生活垃圾焚烧厂飞灰氯含量达4.6%~12.7%;不同地区焚烧飞灰中氯含量差异性比较明显,主要原因是不同地区垃圾组成不同,其中工业垃圾是飞灰中不可溶氯的主要来源之一;对比水洗前后飞灰同步辐射X射线衍射分析结果,飞灰中可溶氯主要以KCl、NaCl、CaClOH形态存在,不可溶氯主要以AlOCl形态存在;飞灰与污泥按质量比8:2混合,并共处置150d后,飞灰氯含量由14%降低至0.03%,满足我国《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)标准所规定的水泥氯含量不高于0.06%的要求;飞灰与污泥共处置发酵产酸使得混合体系pH值降低,促进飞灰中不可溶氯盐向可溶性氯盐转化是飞灰生物脱氯的主要机制.     

生活垃圾焚烧飞灰处置技术与应用瓶颈

生活垃圾焚烧飞灰富含二噁英、重金属和可溶盐,属于危险废物,需进行无害化处理。但当前垃圾焚烧产业普遍存在“重烟气、轻飞灰”问题,造成飞灰处置技术和能力不足,已成为当前制约垃圾焚烧产业发展的重要瓶颈。综述了飞灰的产生、物化特性以及处置技术。重点介绍了当前普遍采用的3种处理方式以及技术应用难点,包括螯合稳定耦合填埋、水洗脱盐耦合水泥窑协同处置和熔融玻璃化处理等,以期为垃圾焚烧飞灰的无害化处置行业提供技术参考。     

生活垃圾焚烧飞灰的污染特性

对我国两种占主导地位的焚烧炉炉型-炉排炉和流化床产生的焚烧飞灰进行分析,包括16个采用炉排炉的主要生活垃圾焚烧厂和部分使用流化床的生活垃圾焚烧厂,对焚烧飞灰从重金属含量,氯、硫、碱含量,二英含量方面对我国生活垃圾焚烧飞灰的性质做比较全面的归纳和总结。统计结果表明炉排炉焚烧飞灰重金属含量要高于流化床焚烧飞灰,Zn的最高含量在10倍以上,均值也在7倍左右,Cu的最高值为7倍,均值为3倍,Cd,Pb,Cr,Ni的均值为7倍,4倍,4倍和1.5倍。Hg的差别最小,高出30%;炉排炉焚烧飞灰的氯、硫、碱含量全面高于流化床焚烧飞灰,炉排炉焚烧飞灰和流化床焚烧飞灰的平均氯含量分别为15.41%,1.71%,SO3的平均含量分别为10.67%,2.875%,焚烧飞灰的K2O和Na2O含量接近,炉排炉焚烧飞灰的平均含量为6.06%,5.325%,流化床焚烧飞灰的平均含量为2.43%,2.63%,两种类型的焚烧飞灰在碱含量上差别没有氯、硫大;焚烧飞灰的二英含量差别巨大,炉排炉和流化床焚烧飞灰二英含量低值比较接近,而高值炉排炉焚烧飞灰要高出流化床焚烧飞灰很多。     

垃圾焚烧中氯化物对重金属Cd迁移转化特性的影响

采用管式炉和模拟垃圾对垃圾焚烧中氯化物对重金属Cd迁移转化特性的影响进行了研究,使用ICP-AES(美国EPA消解方法)、SEM、EDS和XRD分析技术对重金属浓度、灰渣表面形貌、成分和灰渣X射线衍射物相等进行了分析.结果表明,氯化物的加入均使得97％以上的Cd分布于飞灰中,且随氯化物含量的增加在飞灰中的分布逐渐增加.有机氯PVC和无机氯NaCl含量的变化对Cd迁移分布的影响没有显著差别.PVC对Cd迁移分布影响受温度影响显著,550℃时Cd在飞灰中分布为80.51%,850℃时Cd在飞灰中的分布上升为97.91%,但在温度超过CdCl₂的熔点568℃后温度的影响较小.NaCl对Cd的迁移分布受温度影响不明显,加入NaCl后550℃时Cd在飞灰中分布为95.02%,1 000℃时在飞灰中的分布为96.58%.氯化物存在下停留时间对Cd迁移分布没有显著影响.底渣和飞灰的SEM/EDS和XRD分析表明,PVC和NaCl对Cd迁移转化作用机理不同.     

垃圾焚烧灰性质分析及控制方法

随着焚烧技术在垃圾处理方式中普遍采用,焚烧产生的灰渣数量也日益增加。灰渣与飞灰中有毒的重金属及有机物质会污染土壤与地下水,对人类健康造成极大的影响。本文对各类垃圾焚烧灰渣的物理化学性质及重金属浸出特性进行了详细的阐述,介绍了灰渣的毒性分析与控制方法。通过分析可知:为了避免灰渣二次污染应该重点控制铬、镉、铍、铅等重金属和二恶英、呋喃等有机物的污染;处置后的灰渣有害离子浸出能力降低,根据灰渣物理和工程性质,可以成为再生资源充当填充材料和混凝土与沥青路面骨料等。     

粉煤灰和活性污泥对好氧填埋渗滤液组分的影响

通过在好氧反应器中添加粉煤灰和活性污泥来加速固体废物的降解。实验结果表明,添加粉煤灰不但改善了氧气扩散,而且增强了反应器对各种污染物的去除能力,对渗滤液中COD、NH4+、NO3-的去除率分别达到75%、68%和65%以上;添加活性污泥引入了一定量的微生物,也有利于固体废物的降解,渗滤液中COD、NH4+、NO3-的去除率分别达到了90%、65%和77%。因此,通过添加粉煤灰和活性污泥来加速固体废物降解是可行的。     

生活垃圾焚烧飞灰二噁英控制技术研究进展

生活垃圾焚烧飞灰含有二噁英等有机物和Cr、Hg等重金属,是高度危险的固体废物,已成为二噁英污染的主要来源之一。针对飞灰中二噁英的不同解毒技术研究现状,系统阐述了近年来不同技术的原理、研究现状及发展趋势等,指出具有较大工业化应用前景的是水泥窑协同处置和低温热解技术。水泥窑协同处置技术可实现二噁英高效降解,且无二次污染物产生,局限性是该技术需要依托熟料生产线,飞灰水洗预处理投资运行成本相对较高;低温热解技术可高效实现飞灰中二噁英的脱除,局限性是存在二噁英从固相转移至气相,通常集成其他气相二噁英降解技术,如催化氧化等技术,可实现气相二噁英的高效降解,能耗及投资成本相对较低。并对飞灰中二噁英未来的降解技术和发展方向进行了展望,旨在为飞灰二噁英解毒技术的实用研究提供理论研究基础。     

水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中二英的迁移和降解特性

为了解生活垃圾焚烧飞灰中的二英在水泥脱氯预处理过程中的迁移特性以及在水泥窑内的热降解特性,依托北京市琉璃河水泥有限公司的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置示范线,开展了生活垃圾焚烧飞灰的水洗脱氯预处理和水洗后飞灰向水泥窑投加的工程试验研究.结果表明:烘干烟气中和水泥窑窑尾烟气中二英排放浓度低于GB 30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》中所规定的标准限值（以I-TEQ计）为0.1 ng/m3,结晶氯盐中二英含量（以I-TEQ计）仅为2.8 ng/kg;以每h进入水洗罐的原飞灰中所含二英量为100%计,经过水洗处理后,99.97%的二英仍留在脱氯飞灰中,仅有0.08%和0.14%的二英分别通过烘干废气和结晶盐排出;以每h投入水泥窑窑尾烟室的飞灰所含二英为100%计,仅有0.82%、0.13%和0.002%的二英分别随窑灰、熟料、烟气排出,飞灰中的二英在水泥窑内的消减率达到了99%以上,实现了较为彻底的降解.      

垃圾焚烧中硫化合物对重金属Pb迁移分布影响

采用管式炉和模拟垃圾对垃圾焚烧中硫化合物(包括S、Na2S、Na2SO3、Na2SO4)、焚烧温度、重金属初始加入浓度以及焚烧停留时间对Pb迁移分布的影响进行了研究.使用ICP-AES分析技术(美国EPA消解方法)对重金属浓度进行测量.结果表明,垃圾焚烧中4种硫化合物的加入均使得Pb在底渣中的分布比例比未加入硫化合物时的分布比例降低.Pb在底渣中的分布比例随加入S和Na2S含量的增加而减少,相应地在飞灰中的分布随S和Na2S加入量的增加而增加,而Pb的迁移分布比例受Na2SO3和Na2SO4含量变化的影响不显著.温度的升高使得Pb向飞灰中的分布比例逐渐增加,整个试验温度范围内Pb在烟气中的分布均为0.初始浓度的增加也使Pb在底渣中的分布比例逐渐升高,飞灰中的分布比例逐渐下降.停留时间的增加会使得Pb在底渣中的分布比例降低,相应地在飞灰中的分布比例会增加.