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.     

全烧垃圾流化床炉飞灰制备免烧砖的性能研究

开展了水泥固化全烧垃圾循环流化床焚烧炉飞灰特性及其制备免烧砖的研究.同时,分析了飞灰的特性,研究了水泥用量对砖体抗压强度和重金属浸出毒性的影响,并对固化前后飞灰在不同p H值溶液环境下的重金属渗滤特性和基于改进RCR连续提取法的重金属形态分布进行了对比研究.结果表明:飞灰中Cd、Cu、Pb、Ni的浸出浓度分别达到1.76、60.29、5.36、1.48 mg·L-1,远超出生活垃圾填埋标准的规定,Cd、Zn、Cu的酸可交换态部分很高,分别为48%、21.26%、20.72%.水泥基材具有良好的稳定效果,添加量达到30%时,免烧砖中重金属的浸出毒性已远低于标准值.随着水泥掺量的提高,免烧砖的抗压强度呈上升趋势,当水泥比例为30%时,强度可达到12.8 MPa,35%水泥比例的砖体,其抗压强度则达到国标建筑用砖的MU15级.与原始飞灰相比,砖体中重金属在不同渗滤液p H下的浸出趋势并未改变,浸出量却显著下降,p H的适应范围变宽.另外,重金属中酸可交换态部分降至低于1%,主要转变成了可还原态,对环境的污染风险大幅降低.     

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.     

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.     

不同处理方法对硅灰稳固化垃圾焚烧飞灰重金属的影响

向飞灰中添加硅灰与一定比例的去离子水,混合均匀后分别进行自然养护、蒸汽养护和中温热处理.研究了自然养护和蒸汽养护条件下硅灰不同添加量对垃圾焚烧飞灰浸出毒性的影响,考察了蒸汽养护样与中温热处理样的重金属化学形态分布、晶体结构和微观形貌变化.结果表明：自然养护和蒸汽养护条件下,随着硅灰添加量由0%升至10%,飞灰中Pb、Cd、Cr和Cu的浸出浓度均随之降低.硅灰添加量为10%时,硅灰蒸汽养护样中Pb、Cd、Cr和Cu的浸出浓度略低于硅灰自然养护样,金属化学形态分布相比原灰变化较小;硅灰中温热处理对飞灰中Pb、Cd、Cu和Zn处理最为彻底,4种金属残渣态占比相比原灰分别从原灰的37.12%、11.82%、44.30%和51.94%升高至84.75%、75.49%、77.20%和67.40%,酸溶态分别由原灰的3.99%、54.92%、6.56%和10.49%降低至0.44%、9.37%、2.72%和3.59%.     

螯合剂稳定飞灰的条件优化及螯合产物的稳定性评价

研究了垃圾焚烧飞灰螯合稳定化处理过程中螯合剂的加药量、体系的含水率以及搅拌时间对飞灰中各种重金属浸出浓度的影响;随后研究了飞灰螯合产物在自然环境下、紫外线光照下和35℃下重金属的浸出行为,同时对比了大分子DTC和小分子SDD的螯合性能。结果表明:当螯合剂的加药量达到3%时,飞灰中常见的6种重金属的浸出浓度都低于GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的限值;提高含水率有利于螯合反应的进行,对Pb、Zn和Cd,加大螯合时的含水率都可以降低浸出液中的重金属浓度;当搅拌时间超过2 min后,飞灰中重金属的浸出基本稳定。随着时间推移,不同放置条件下螯合飞灰中重金属的浸出浓度均满足填埋场入场控制标准,同时发现大分子DTC较小分子SDD具有更好的螯合效果。     

膜浓缩液淋滤飞灰重金属迁移特性及化学形态变化特征

为解决膜浓缩液和生活垃圾焚烧飞灰难以处理处置的问题,以淋滤柱为试验装置,以膜浓缩液淋滤3种不同填充高度(25.50、16.60、12.70 cm)的生活垃圾焚烧飞灰为研究对象,通过X射线衍射(XRD)、XRF(X射线荧光光谱分析)和重金属化学形态分析等手段,分析淋滤过程对飞灰中重金属Cd、Cu、Zn、Pb的去除效果及转化机理. 结果表明:①通过膜浓缩液淋滤飞灰实现了飞灰脱氯的效果,填充高度H3(12.7 cm)对氯的去除率达到88%. ②填充高度H3 (12.7 cm)对重金属的脱除效果最好,对Pb、Cu、Cd和Zn的去除率分别为41.83%、0.23%、0.21%和0.57%. ③淋出液中重金属离子主要来自飞灰中弱酸可提取态的重金属,其中淋滤过程对残渣态、可氧化态重金属等影响较小. ④3种填充高度均使飞灰中重金属的浸出浓度有所降低,其中H3 (12.7 cm)填充高度的淋滤灰渣相比于飞灰的浸出浓度减少了90%. 研究显示,膜浓缩液淋滤飞灰可脱除飞灰中的氯盐和部分重金属,降低重金属浸出浓度,为飞灰资源化利用提供了新思路.      

渗滤液浸沥下稳定化飞灰中重金属的浸出行为

稳定化飞灰与生活垃圾混合填埋过程中,在渗滤液浸沥作用下,存在稳定化飞灰中重金属溶出的风险.为探究渗滤液浸沥环境下稳定化飞灰中重金属的浸出行为,基于浸提实验,以填埋场早期、晚期渗滤液为浸提剂,研究了不同液固比（10：1、20：1、30：1、50：1、100：1、150：1、200：1）条件下磷酸稳定化飞灰、螯合剂稳定化飞灰中重金属（Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni）的浸出行为.结果表明：随着液固比的增加,浸出液中Cd、Cu和Zn浓度先上升后下降,在液固比20：1时达到最大值,Pb的浸出浓度随液固比的升高整体呈现缓慢增加的趋势,Cr、Ni浸出浓度变化较小,液固比对其影响不显著;Cd和Cu在早期渗滤液浸沥环境下更容易浸出,Zn、Pb、Cr、Ni在早期、晚期渗滤液浸沥环境下差别不大.在两种渗滤液浸沥环境下,螯合剂稳定化飞灰比磷酸稳定化飞灰具有更好的稳定性.     

对生活垃圾焚烧产物中重金属的探讨

以成都某生活垃圾焚烧厂为例,通过实验分别研究了焚烧产物中各主要重金属的含量和浸出毒性,由此分析了生活垃圾焚烧产物中的重金属对城市环境的危害。结果表明,该生活垃圾焚烧厂排放的飞灰和炉渣样品中,镉,铜,铅,锌的含量接近或超过国家土壤环境质量标准三级标准,其浸出液pH呈强碱性,镉和飞灰中铅量超过国家浸出液中危害成分浓度限值标准,在环境中存在潜在危害性。在此基础上探讨了生活垃圾中重金属的来源,提出了可行性建议。     

采用巯基捕收剂稳定化处理垃圾焚烧飞灰中的重金属

研究了3种巯基捕收剂,二乙基二硫代氨基甲酸钠（乙硫氮）、乙基黄原酸钾（乙基黄药）和二丁基二硫代磷酰铵（丁铵黑药）,对垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定化效果。3种巯基捕收剂的用量均为62.5μmol?g-1飞灰。扫描电镜观察发现,飞灰经稳定化处理后,巯基捕收剂均匀地覆盖于飞灰晶体表面,使矿物晶体棱角变得模糊。利用酸浸提程序（TCLP法）和水浸提程序（水平振荡法）评价飞灰中重金属Cu、Pb、Cd、Cr和Zn的浸出毒性。在0.1mol?L-1醋酸浸提条件下,与Na2S相比,巯基捕收剂对Cu和Pb的稳定化效果较好,其中乙硫氮对Cu的稳定化比率接近100%,丁铵黑药对Pb的稳定化比率达到69.2%;在水浸提条件下,乙硫氮、乙基黄药和丁铵黑药对5种重金属的稳定化比率分别为72.6%、73.5%和76.8%,显著高于Na2S处理（52.4%）。三种巯基捕收剂对5种重金属亲和力的强弱顺序大致为Cu＞Pb＞Cr＞Cd＞Zn,并且超过60%的巯基捕收剂与酸可浸提重金属离子发生了螯合沉淀反应。重金属-巯基捕收剂絮凝物在中性和碱性条件下（pH>6）比较稳定,在酸性条件下（pH<6）可发生部分溶解。为获得较好的重金属稳定化效果,维持稳定化飞灰的高酸缓冲容量十分重要。     

生活垃圾焚烧飞灰固化体重金属动态浸出规律

为研究实际生活垃圾卫生填埋场中渗滤液长期作用于飞灰固化体的浸出行为,分别采用pH值为5.5的醋酸-醋酸钠溶液和pH值为7.0的去离子水作为初始浸提液,建立飞灰固化体的动态浸出试验.初始浸提液pH值的差异会影响飞灰固化体的结构完整性和固化体表面晶体的生成情况,当初始浸提液为醋酸-醋酸钠溶液时,实验过程中飞灰固化体会破碎;当初始浸提液为去离子水时,飞灰固化体表面生成的CaCO₃晶体可能会抑制重金属浸出.当实验进行至约120d时,2组实验浸出液的pH值和重金属浓度基本稳定,且pH值相差不大;但采用去离子水浸提时,Pb、Cr的累计浸出量明显更高,且Pb的浸出浓度（0.29mg/L）甚至一度超过填埋场入场限值,其潜在风险应受到关注.     

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%.      

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO₂对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.     

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。     

不同渗滤条件下垃圾焚烧飞灰中重金属的渗滤特性

对垃圾焚烧飞灰在酸性及碱性条件下的渗滤特性进行了实验研究,结果表明,重金属Pb、Zn、Ni、Cr及Hg存在相似的渗滤规律,即在酸性及碱性(pH>12)条件下均有一定的渗滤,且渗滤量随着渗滤液浓度及液固比(L/S)的增加而增加,如对于Pb在酸、碱2种渗滤环境下,当液固比由20增加到40时,渗出量分别由0.457 mg/kg、51.142 mg/kg增加到104.576 mg/kg、59.692 mg/kg.而Cd、Cu只在酸性环境下存在渗滤情况,在碱性环境下几乎没有渗滤,在酸性环境下对于所研究的几种重金属,Cd、Pb、Zn的渗出率较高,而其余几个重金属的渗滤相对较少.     

稳定化处理对矿渣中重金属迁移转化的影响研究

土壤中重金属的不同存在形态会产生不同的环境效应,并直接影响重金属的毒性、迁移性和生物有效性.以石灰、粉煤灰、干化污泥、花生壳为稳定剂,对某金矿区含重金属矿渣进行组合处理;通过重金属形态分析、淋滤试验、植物盆栽试验,探讨矿渣中重金属的迁移转化规律.结果表明,添加稳定剂后,酸性矿渣的pH升高至中性以上,有机质含量显著增加.矿渣中As、Pb、Zn的主要存在形态为残渣态,添加粉煤灰、干化污泥和花生壳使矿渣中可交换态As和有机结合态As含量分别降低了65.6%、87.7%;添加石灰、粉煤灰和花生壳使矿渣中铁锰氧化物结合态As主要向碳酸盐结合态As转化;添加石灰和粉煤灰使矿渣中的可交换态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Pb、Zn主要向残渣态Pb、Zn转化.经前期稳定化处理后,矿渣淋滤液中As、Pb、Zn的含量均有不同程度的下降,添加花生壳处理后淋滤液中的As、Pb、Zn含量进一步下降.其中,粉煤灰、干化污泥和花生壳处理后淋滤液中As含量下降最显著,降幅为57.4%;石灰、粉煤灰和花生壳处理后淋滤液中Zn含量下降最显著,降幅为24.9%.添加稳定剂处理矿渣明显有利于植物的萌发与生长,其中添加粉煤灰、干化污泥和花生壳效果最好,香根草的萌发率为76%.     

纳滤膜浓缩液淋滤焚烧飞灰过程中氯盐溶出及重金属的迁移特性

为解决生活垃圾填埋场的纳滤膜浓缩液和生活垃圾焚烧飞灰协同处置中淋滤条件对氯盐和重金属溶出效果的问题,采用北京市某生活垃圾填埋场的纳滤膜浓缩液在不同液固比和酸碱条件下淋滤北京市某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰,探讨氯离子溶出及重金属的迁移特性. 结果表明:在液固比为12∶1、8∶1和4∶1条件下,焚烧飞灰中氯离子的总溶出率分别为81%、76%和61%,液固比越大,导致填料高度越低,氯离子溶出越充分;在液固比为4∶1条件下,纳滤膜浓缩液pH分别为3.20和10.70时,氯离子可与含氧阴离子竞争吸附位置,导致氯离子的总溶出率较未调节pH时大幅提升,增幅分别为81%和83%;不同液固比和酸碱条件下,采用XRD对淋滤灰渣分析发现,淋滤灰渣中均未检测到NaCl和KCl的矿物相. 改变纳滤膜浓缩液的pH为3.20和10.70后,淋滤灰渣中重金属Pb、Zn、Cu、Cr、Cd和Hg的浸出浓度均满足《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)和《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)标准限值要求. 研究显示,纳滤膜浓缩液淋滤飞灰可脱除焚烧飞灰中的氯盐及部分重金属,淋滤灰渣经热处理后可焚毁截留纳滤膜浓缩液的有机物,热处理后灰渣有望实现安全资源利用.      

碱性水热法同步稳定城市垃圾/医疗废物焚烧飞灰与废水中重金属的研究

研究了碱性水热法同步稳定城市垃圾/医疗废物焚烧飞灰与废水中重金属的稳定化效果和稳定化机制.结果表明,在碱性水热条件下,城市垃圾/医疗废物焚烧飞灰均对废水中重金属具有很强的去除作用,并且经反应后,飞灰重金属渗滤毒性不仅没有上升反而大大降低.原始医疗废物焚烧炉飞灰中6种重金属渗滤毒性为:Mn 17 300μg/L,Ni 1 650μg/L,Cu 2 560μg/L,Zn 189 000μg/L,Cd 1 970μg/L,Pb 1 560μg/L;原始城市垃圾焚烧飞灰中6种重金属渗滤毒性为:Mn 17.2μg/L,Ni8.32μg/L,Cu 235.2μg/L,Zn 668.3μg/L,Cd 2.81μg/L,Pb 7 200μg/L.这2种飞灰分别与重金属废水(浓度Cu、Pb为50mg/L,Mn、Zn、Ni、Cd为25 mg/L)在275℃条件下,碳酸钠添加量为1/10(5 g碳酸钠/50 g干灰),液固比为10/1,经10 h反应后,医疗垃圾焚烧炉飞灰对重金属去除率达86.2%～97.3%,城市垃圾焚烧飞灰对重金属去除率达94.7%～99.6%.反应后飞灰经重金属渗滤毒性测试均远远低于国家标准值.重金属稳定化机制主要是由于在硅铝酸盐晶体形成过程中对重金属化学吸附,物理包裹作用,老化期重金属空间几何位置迁移,高pH值对稳定化起到一定辅助作用.     

螯合剂固化生活垃圾焚烧飞灰中重金属的机理研究进展

填埋是目前处理生活垃圾焚烧飞灰的主要方式之一,然而飞灰中重金属随渗滤液浸出会对环境产生污染隐患,药剂固化飞灰中重金属是主要预处理方式. 其中,化学药剂中的螯合剂类对飞灰中重金属的固化效果较好,国内外使用广泛. 本文通过对比多种有机螯合剂的重金属固化率发现,具有不同官能团(醛基、羟基、羧基、磷酸官能团和含硫基官能团)的螯合剂的固化效果有明显差异,其中含有磷酸官能团和硫基官能团的螯合剂对飞灰中重金属的固化效果普遍优于含醛基、羟基、羧基官能团的螯合剂. 因此,可根据填埋场渗滤液的酸碱性,通过添加羧基、羟基或磷酸官能团改性有机螯合剂,使填埋场渗滤液达到中性. 同时,螯合固化体形成正四面体结构最为稳定,可以降低飞灰中重金属浸出率,减少填埋场污染隐患.      

Leaching of metals on stabilization of metal sludge using cement based materials

Toxicity characteristic leaching procedure(TCLP) of zinc plating sludge was carried out to assess the leaching potential of the sludge and the leachates were analyzed for heavy metals. The concentration of zinc, chromium, and lead in the leachate were 371.5 mg/L, 1.95 mg/L and 1.99 mg/L respectively. Solidification of zinc sludge was carried out using four different binder systems consisting of cement mortar, fly ash, clay and lime and cured for 28 d, The ratio of sludge added varied from 60% to 80% by volume. The solidified products were tested for metal fixing efficiency and physical strength. It was observed that the volume of sludge added that resulted in maximum metal stabilization was 60% for all the combinations, above which the metal fixation efficiency decreased resulting in high values of zinc in the leachate. Addition of 5% sodium silicate enhanced the chemical fixation of metals in all the binder systems. Among the four fixing agents studied, mixture of fly ash: lime, and cement mortar: lime stabilized zinc and other metals in the sludge effectively than other combinations. Addition of lime increased the stabilization of zinc whereas cement mortar increased the strength of the solidified product.