城市垃圾焚烧飞灰特性及水泥固化试验研究

试验分析了重庆市某城市垃圾焚烧发电厂飞灰的化学成分,研究了原飞灰的浸出毒性,考察了水泥对原飞灰和酸洗预处理飞灰中重金属的固化效果. 结果表明:飞灰中重金属Pb和Zn的浸出质量浓度均超过《危险废物浸出毒性鉴别标准》(GB5085.3-2007),因而被认为是危险废物,必须对之进行稳定化处理;酸洗预处理飞灰固化试块的抗压强度得到了一定程度的提高,其重金属Pb和Zn的浸出毒性均较相同配比、相同养护时间的原飞灰固化试块有明显降低;酸洗预处理飞灰固化试块抗压强度随掺入飞灰比例的降低和养护时间的延长而加大,在养护28 d时其抗压强度最高,达4.25 MPa;酸洗预处理飞灰固化试块在养护28 d时,其重金属Pb和Zn的浸出质量浓度分别比原飞灰所制固化试块降低了10.6%～59.0%和7.4%～73.7%.      

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.     

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。     

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.     

焚烧飞灰磷灰石药剂稳定化技术研究

对垃圾焚烧飞灰的全组分和浸出特性进行了分析,表明焚烧飞灰含有多种重金属,其中Pb、Zn和Cd等的浸出毒性分别达到11.8、164.9和31.2mg/L,远高于危险废物浸出毒性标准.实验选择新型无机稳定化药剂———磷灰石对焚烧飞灰的重金属稳定化效果进行研究,结果表明:在磷灰石投加量7%时,处理后焚烧飞灰的重金属浸出毒性(部分样品除镉外)均达到了危险废物填埋入场控制限值;焚烧飞灰的稳定化效果与磷灰石的粒径有关,当其粒径为200目时能够取得较好的稳定化效果;稳定化产物在养护时间1d后,其重金属浸出浓度不再改变;实验证明在pH 3～11范围内稳定化产物都具有较好的稳定化效果,减少了稳定化产物在环境条件下的二次污染的风险.     

复配材料固化/稳定化重金属污染底泥研究

利用高效重金属稳定化材料与硅酸盐水泥配制复配材料（FP）,用于固化/稳定化重金属污染底泥。设置3个FP掺量梯度:10%、20%、30%;3个固化体养护时间:7,28,42 d;以硅酸盐水泥为对照（CK）。以抗压强度与颗粒固化体浸出浓度为指标,考察FP的固化与稳定化效果。结果表明:相比于原底泥浸出,10%FP掺量下,As的浸出浓度在7 d时已降低93%以上;28 d时,不同FP掺量下Pb的浸出浓度可降低82.5%~97.68%;Cu、Zn的浸出浓度在FP掺量为30%、养护42 d时达最低值,分别下降了60.97%和89.07%。FP组Cu、As的浸出浓度在掺量为10%、养护7 d时已显著低于CK,而其Zn的浸出浓度在FP掺量达30%、养护42 d时显著低于CK（P<0.01）。增加FP掺量、延长养护时间均能显著提高FP组固化体的抗压强度（P<0.05）,在养护42 d时,FP组抗压强度显著高于CK（P<0.05）,当掺量为30%时,FP组抗压强度可达2.1MPa以上。     

可溶性磷酸盐处理焚烧飞灰的稳定化技术

对垃圾焚烧飞灰的基本物化性质进行了分析,表明焚烧飞灰的主要元素以Ca、Cl、K、S、Si等为主,另外还含有相当数量的重金属如Pb、Zn、Cu、Mn和Cr等,且Pb、Cu、Zn、Cd等重金属的浸出毒性远高于危险废物浸出毒性标准.研究采用可溶性磷酸盐对焚烧飞灰进行稳定化处理,分别考察了磷酸盐投加量、养护时间和pH值等因素对稳定化产物的影响.结果表明:磷酸盐可以对焚烧飞灰取得很好地稳定化效果,当磷酸盐投加量为3%时,飞灰中重金属Pb、Cd和Zn的浸出浓度能够分别降低97·5%、91·6%和95·5%;养护时间对稳定化产物稳定性的影响不大;稳定化产物能够在相当宽泛的pH范围内保持稳定,其长期稳定化效果很明显.     

垃圾焚烧飞灰成型及低温烧结稳定化研究

对焚烧飞灰进行水泥固化成型,并对成型体进行烧结研究。通过XRD、SEM等表征方法探索垃圾了焚烧飞灰在高温条件下的反应机理,以及添加助熔剂对烧结的影响。结果表明:添加Na2CO3可促进水泥早期的固化,但对水泥后期的固化不利;在养护时间为2 d时,水泥固化飞灰试块抗压强度达到1.91 MPa,完全满足成型的要求;XRD和SEM分析结果表明:固化体烧结后主要生成钙铝黄长石、硅酸钙等,Na2B4O7·10H2O的助熔效果明显;随着烧结温度的升高,重金属Ni、Cu、Pb和Cd的浸出浓度和浸出率下降,随着助熔剂Na2B4O7·10H2O添加量的增加,重金属Cu和Cd的浸出率增加,Pb的浸出率降低;浸出实验结果表明:重金属Ni、Cu、Pb和Cd的浸出浓度远低于国家标准。     

利用MSWI飞灰构建新型填埋固化基质的研究

介绍了以MSWI飞灰为主要组分,利用富铝组分调控所构建的Friedel-ettringite为主导相的新型固化体系,考察了固化体系的抗压强度并用美国EPA毒性浸出实验（TCLP）,评价固化材料中重金属的浸出特性,使用XRD、DTG分析了固化体系的微观矿物相,FTIR图谱对固化体系矿物相的有关基团振动谱带进行比较,通过重金属的化学形态分布了解重金属在其中的赋存状态,结果表明,新体系可以通过矿物相的晶体化合作用对Pb、Cd、Zn重金属进行有效束缚,实现稳定固化这种新型固化体系可望用于MSWI飞灰与其它重金属类危险废物的填埋共处置。     

硫化砷渣稳定化/固化处理及其效果评价

以石灰、水泥作为固化材料,掺以氧化剂、PFS、PAM等稳定化药剂,确定了硫化砷渣稳定化/固化处理的最佳工艺条件。结果表明:砷渣固化体养护7 d抗压强度为2.32 MPa,28 d抗压强度为4.56 MPa;增容比(CR)为1.25~1.30,有效地控制了固化体的体积;固化体28 d浸出毒性低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》和《危险废物填埋污染控制标准》规定的限值。经处理后,固化体完全满足危险废物转移、运输、贮存或安全填埋处置的要求。     

掺加垃圾焚烧飞灰的水泥土重金属浸出毒性及力学特性分析

以广州某垃圾焚烧场的焚烧飞灰为研究对象,通过浸出试验研究了不同预处理方法处理飞灰以及掺预处理飞灰的水泥土重金属浸出毒性,并通过无侧限抗压强度(UCS)试验探讨了垃圾焚烧飞灰对水泥土力学特性的影响。结果表明:焚烧飞灰在固液比1∶8条件下,水洗40 min后仅出现铬浸出浓度超标的现象;除硫酸亚铁外,EDTA二钠、磷酸钠和硫化钠均未能同时有效减少飞灰中铬和铅的含量;掺预处理飞灰的水泥土试样强度随着飞灰掺量、水泥含量及龄期的增加而提高; 10%预处理飞灰替代5%水泥后两者水泥土强度相近,说明掺入飞灰可以有效减少水泥用量。掺入飞灰的水泥土重金属浸出浓度远低于预处理飞灰的重金属浸出浓度,符合GB 5085. 3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》排放标准限值。     

碱激发固化垃圾焚烧飞灰的重金属研究

利用飞灰的活性,在碱激发条件下可发生胶凝固化反应并辅以重金属混合稳定剂,可稳定固化其中的重金属,进而达到生活垃圾填埋场进场要求。实验考察了激发剂种类、用量、加热温度、重金属稳定剂种类及其用量、养护时间等因素对固化强度和浸出毒性的影响,确定了最佳条件为激发剂为等量的NaOH和Na2SiO3混合物,激发剂用量为3%~5%,加热温度为80℃,飞灰重量2%的等量Na2S+NaH2PO3重金属混合稳定剂,养护7 d后,飞灰试块的含水率30%以下,抗压强度0.9 MPa以上,浸出毒性均小于国标限值,完全满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)规定的飞灰无害化处理后生活垃圾填埋场进场要求。     

添加剂和水洗对焚烧飞灰烧结过程中重金属迁移特性的影响

研究了添加剂（粘土和粉煤灰）、水洗预处理对焚烧飞灰烧结过程重金属（Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）迁移特性的影响.水洗时间为8、 16、 24 h.烧结实验条件为成型压力3 kN,烧结温度1 100℃,烧结时间4 h.结果表明,在飞灰中粘土添加比例增加到70%时,重金属Cd的固化率从16.96%升高到28.42%,Pb的固化率从10.58%升高到37.02%, Cu的固化率从46.38%上升到55.14%,Zn的固化率从42.14%上升到64.47%,Ni和Cr的固化率总体上呈现下降的趋势.总体上添加粘土对焚烧飞灰烧结过程中重金属的固定效果有限.当粉煤灰在烧结前样品中的比例增加时,Cd的固化率从16.96%下降到4.67%,Cu的固化率从46.86%上升到81.43%.粉煤灰的加入对于Zn和Pb的影响不大,对于Ni和Cr的影响规律也不明显.水洗预处理可以把Cd、Cu和Pb的固化率提高到80%以上.焚烧飞灰烧结体TCLP浸出测试表明,添加粘土和粉煤灰以及水洗预处理后,焚烧飞灰烧结试体的重金属浸出浓度普遍较低.     

Na_3PO_4-粉煤灰胶结材组合工艺处理垃圾焚烧飞灰

垃圾焚烧飞灰由于重金属含量高,被认为是危险废物,必须要加以稳定化处理。Na3PO4-粉煤灰组合工艺被用来稳定-固化焚烧飞灰中的重金属。结果表明,Na3PO4稳定-粉煤灰胶结材固化组合处理飞灰降低重金属浸出浓度明显,1.5%Na3PO4,25%掺量的粉煤灰胶结材固化飞灰后,养护7 d即可满足填埋标准。     

海口市生活垃圾焚烧飞灰特性与重金属形态分析研究

生活垃圾焚烧飞灰因富合多种毒性物质而被列入危险废物名录.不同地区生活垃圾焚烧飞灰元素组成存在差异.论文研究了海口市生活垃圾焚烧飞灰的基本特性及重金属形态.结果表明,飞灰中Pb浸出值超过危险废物判别值的6倍之多,Pb、Cd和Zn的浸出值均超过生活垃圾填埋场限值.与As和Hg相比,Cu、Zn、Cr、Pb和Cd碳酸盐结合态的比例略高,在酸性条件下极易释放,对周围环境构成威胁.     

城市垃圾焚烧飞灰的硅酸盐水泥稳定化效果研究

采用南方某城市生活垃圾焚烧厂的飞灰进行了硅酸盐水泥稳定化效果及工艺的研究,实验分别就水泥添加量、添加剂的使用、养护时间和浸取剂pH值等因素,考察了飞灰中重金属(Cd,Pb,Cu,Zn)的稳定化效果.结果表明,当硅酸盐水泥/飞灰=10%(质量比)时,采用硅酸盐水泥处理焚烧飞灰的稳定化产物中重金属的浸出浓度都已满足危险废物填埋场入场控制标准;当使用硅酸盐水泥对焚烧飞灰进行稳定化处理时,1d后其水化反应基本完成,此后稳定化处理后焚烧飞灰的重金属浸出毒性趋于稳定;pH相关性实验表明,当使用浸取剂的pH值在3～11的范围变化时,处理后的焚烧飞灰其浸出液的pH基本稳定在7左右,证明该法产生的稳定化产物对环境pH值有很好的适应性.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的污染特性

以广西和重庆某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰为研究对象,研究了飞灰中重金属的化学形态、不同粒径下飞灰中重金属含量及浸出毒性。结果表明:广西垃圾焚烧飞灰中含有5种重金属,且都是以残渣态为主要存在形态;重庆垃圾焚烧飞灰中Cr以残渣态为主要存在形态,Zn、Cu和Cd以醋酸可提取态为主要存在形态,具有较大的潜在毒性,毒性较强的Pb只以醋酸可提取态和可还原提取态两种形态存在,危险性非常高,Mn以可还原提取态为主要存在形态。两地飞灰中含量较高的重金属元素都表现出向小颗粒富集趋势。随飞灰颗粒粒径的减小,各重金属浸出量基本呈增加趋势。相比之下,重庆的垃圾焚烧飞灰中Zn、Cu、Pb和Cd的含量和浸出量都高于广西飞灰。广西飞灰中各粒级的飞灰中各元素浸出量均不超标,而重庆飞灰各粒级的飞灰中Zn、Pb和Cd的浸出量严重超标,表明重庆飞灰属于典型危险废物。     

危险废物焚烧飞灰玻璃化产物危险特性

《国家危险废物名录》中HW18焚烧处置残渣明确规定,"危险废物等离子体、高温熔融等处置过程产生的非玻璃态物质和飞灰"判定为危险废物.为降低危险废物焚烧飞灰的生态环境危害,并期望对其进行更好的资源化利用,采用国际前沿的玻璃化技术对危险废物焚烧飞灰进行处置,制备得到玻璃态物质,即玻璃体.结果表明:①焚烧飞灰掺杂不同比例的高岭土、SiO₂、CaO后,可形成符合玻璃体烧制条件的CaO-Al₂O₃-SiO₂系统,经过2 h 1 400℃高温熔融,几种不同配料比的玻璃体均可形成无定型的、微观表面平滑的结构.②玻璃体对Zn、Cr、Pb、Cd和As等重金属均有不同程度的固化作用,采用HJ/T 300-2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》测得的重金属浸出浓度均低于焚烧飞灰.③采用Hakanson公式中潜在生态危害模型对焚烧飞灰及玻璃体进行风险评价显示,几种玻璃体的RI（潜在生态危害风险指数）均在50~100范围内,呈中等风险,低于焚烧飞灰（299.34）.④效果最优的玻璃体的碱度（CaO/SiO₂,质量分数）为0.3,呈现浅绿色且质地透明的外观形貌,它对Zn、Cr的浸出浓度分别为0.12、0.05 mg/L,但均未检出Pb、Cd、As,远低于焚烧飞灰浸出浓度及GB 16889-2008《生活垃圾填埋场控制标准》中生活垃圾焚烧飞灰和医疗废物焚烧残渣浸出限值（Zn、Cr、Pb、Cd、As浸出浓度限值依次为100、4.5、0.25、0.15、0.3 mg/L）,该玻璃体的RI为60.05,远低于焚烧飞灰的299.34.研究显示,采用玻璃化技术对焚烧飞灰进行处置后,焚烧飞灰可形成无定型的玻璃态结构,碱度为0.3时,玻璃体的重金属浸出浓度最低,且潜在生态风险最低,为最适用于焚烧飞灰玻璃化技术的调控比例.      

不同粒径垃圾焚烧飞灰重金属毒性浸出及生物可给性

对城市生活垃圾焚烧飞灰的化学性质和粒径分级毒性进行分析研究,并采用美国EPA的毒性浸出程序TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)、欧盟危险废物鉴别浸出标准(EN12457-2)、逐级浸出程序SEP(sequential extraction procedure)与体外模拟实验方法 PBET(physiologically based extraction test)对不同粒径的焚烧飞灰中重金属浸出效果进行对比研究.结果表明,焚烧飞灰的主要组成元素为Ca、Si、Al、Mg、Fe、Na和K;58.7%的飞灰粒径分布在38~106μm,粒径小于150μm的焚烧飞灰占总量的90%以上.重金属Cu、Pb和Cd等在各粒径飞灰中主要以残渣态的形式存在,可交换态较少.TCLP结果证实,除As和V外,Zn、Cu和Pb的浸出量随飞灰粒径的减小呈先增大后减少的趋势,粒径在38~106μm下Zn的浸出量最大为547 mg·kg~(-1),而采用欧盟浸出标准,所有粒径飞灰的重金属浸出量都较低.PBET实验中Zn、Pb、Cu和As的浸取浓度分别达3 270、339、335和16.8 mg·kg~(-1),其结果显著高于TCLP重金属浸出量,说明焚烧飞灰中重金属对于人体具有潜在的生物有效性.     

水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对重金属的固定效果比较

危险废物水泥窑协同处置与水泥固化,稳定化对废物中重金属的固定机理不同,固定效果因而有所差异.针对含As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等重金属离子的上述2类试样平行开展浸出实验及连续提取实验,以重金属浸出浓度及化学形态为指标,比较分析了水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对废物中不同重金属的固定效果的差异.结果表明,对于As、Pb、Zn等重金属离子,水泥窑高温煅烧及后续水化作用有助于其更稳定化学形态的形成,固定效果优于水泥固化,稳定化,说明含Ag、Pb、Zn的危险废物能够在水泥窑得到有效处置.Cr3 在水泥窑煅烧过程中易被氧化为迁移性和毒性更强的Cr6 ,因而含Cr的废物不适合采用水泥窑协同处置方式.该研究能为不同种类重金属危险废物处置方法的选取提供依据,并为水泥窑协同处置重金属类危险废物的应用和发展提供科学的决策依据.