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。     

DTCR协同水泥固化/稳定化重金属污染底泥的研究

采用二硫代氨基甲酸盐(DTCR)为添加剂协同水泥固化/稳定化重金属污染底泥,以抗压强度和颗粒固化体(粒径￡9.5mm)浸出毒性为指标确定水泥和DTCR的最优配比.通过酸雨条件(pH 3)下对颗粒固化体和整个固化体的浸出试验来评价固化/稳定化的效果.利用X射线衍射仪(XRD)和环境扫描电镜(ESEM)分析了固化/稳定化机理.结果表明,固化/稳定化的最优配比为水泥掺入量为50%(干底泥),DTCR掺入量为2%(干底泥).其固化体7d抗压强度为1.03MPa,颗粒固化体中重金属Cu,Zn,Pb,Cd的浸出浓度分别为0.105,4.65,0.232,0.123mg/L,能够达到安全填埋要求.酸雨条件下(pH 3)对颗粒固化体和整个固化体浸出研究表明,水泥、DTCR固化/稳定化底泥效果更好;XRD和ESEM分析表明,固化/稳定化的机理主要是水泥在水化反应时,能够形成水化产物Ca(OH)2、水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石(AFt),将重金属废物包容,并逐步硬化形成具有一定强度的水泥固化体.     

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。     

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。     

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。     

赤泥-电石渣-磷石膏固化铜污染土性能

为了研究在浸泡条件下赤泥-电石渣-磷石膏3种固废物混合料对铜污染土的固化效果,本文对其混合料固化土的无侧限抗压强度、应力-应变、重金属形态、浸出毒性及微观结构进行了检测.结果表明,固化土强度随养护龄期的增加而增大,且掺加固废物对其强度有明显改善作用.混合料固化土中铜的存在形式以铁锰氧化态为主,其浸出毒性随龄期增加而降低,且其浓度值均低于水泥固化土.此外,混合料固化土中水化产物以水化硅酸钙/水化硅铝酸钙和钙矾石为代表.水化产物对固化土内部结构起填充作用,可改善固化土强度.同时,水化硅酸钙/水化硅铝酸钙对铜离子有吸附作用,钙矾石可与铜离子发生阳离子置换作用.因此,固废物的添加可对铜离子产生固化作用.     

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.     

城市垃圾焚烧飞灰特性及水泥固化实验研究

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的重金属的固化效果. 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%.     

利用城市垃圾焚烧飞灰稳定固化含重金属工业污泥的试验研究

利用城市垃圾焚烧飞灰作为固化剂有效稳定固化含重金属的工业污泥为目的,研究结果显示重金属污泥和城市垃圾焚烧飞灰所构建的固化体系具有很强的重金属束缚能力,增加飞灰的质量分数或者加入一定质量分数的水泥可以增加固化体的抗压强度以满足填埋需求。同时考虑抗压强度、浸出浓度和增容比等各方面的要求,当飞灰的质量分数45%,水泥的质量分数为5%,工业污泥的质量分数为50%是有效稳定固化重金属的最佳配比。对固化体微观结构分析显示:主要的水化产物硫铝酸钙(Aft)、Friedel相、水化硅酸钙(CSH)对稳定固化重金属起到了重要的作用。     

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.     

某城市污水处理厂污泥固化处理研究

课题依托哈尔滨某污水处理厂,通过建立L9(34)正交试验,选取水泥、石灰、煤灰掺入比例以及养护时间为主要影响因素,以固化块的抗压强度和COD浸出浓度为评价指标,得到各因素的影响度大小排序为:水泥养护天数石灰煤灰,优化固化条件为水泥掺入比例15%,石灰掺入比例2%,煤灰10%养护天数6 d。以此为基础进行延展实验,探讨以上因素对污泥固化效果的影响,获得最佳配方。     

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。     

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.     

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.     

垃圾焚烧飞灰合成地聚物及重金属稳定化效果

以偏高岭土和大掺量垃圾焚烧飞灰为原料,在碱激发作用下制备地质聚合物材料。在抗压强度和重金属浸出毒性测定的基础上,研究了不同原料配比对地聚物性能的影响。实验结果表明:合成的地聚物材料有较高强度,可以达到17 MPa以上,对重金属有明显固化效果,Pb水浸、无机酸浸、有机酸浸出浓度分别为0.25,0.16,0.22 mg/L;Cd水浸、无机酸浸、有机酸浸出浓度分别为0,0,0.15 mg/L,Pb、Cd和其他重金属均达到进入生活垃圾填埋场标准。     

Leaching characteristics of heavy metals during cement stabilization of fly ash from municipal solid waste incinerators

The leaching characteristics of heavy metals in products of cement stabilization of fly ash from a municipal solid waste incinerator were investigated in this paper. The stabilization of heavy metals such as Cd, Pb, Cu, and Zn in fly ash from such incinerators was examined through the national standard method in China based on the following factors: additive quantity of cement and Na₂S, curing time, and pH of leaching liquor. The results showed that as more additives were used, less heavy metals were leached except for Pb, which is sensitive to pH of the leachate, and the worse effect was observed for Cd. The mass ratio of cement to fly ash = 10% is the most appropriate parameter according to the national standard method. When the hydration of cement was basically finished, stabilization of heavy metals did not vary after curing for 1 d. The mixtures of cement and fly ash had excellent adaptability to environmental pH. The pH of leachate was maintained at 7 when pH of leaching liquor varied from 3 to 11. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(12): 2564–2569 [译自: 环境科学]