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.     

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.     

硫化物对垃圾掺烧污泥焚烧飞灰高温过程中重金属挥发的影响

对某垃圾掺烧污泥焚烧厂焚烧飞灰进行了采样,在对飞灰进行热重(TG-DTG)分析基础上,重点研究了飞灰水洗前后及其添加不同硫化物(S、NaS、Na2SO3、Na2SO4)经高温处置过程中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)的挥发特性.结果表明,飞灰中重金属Zn、Pb含量较高,Ni的含量较低,而Cd含量达到29.4 mg·kg-1.飞灰水洗后Pb、Cu、Zn的含量均比原灰中高,而Cd的含量降低.飞灰TG-DTG曲线在579～732℃、949～1 200℃这2个温度范围失重率较大,拐点温度分别为690℃和1 154℃.焚烧飞灰中Pb表现出易挥发的特性,其挥发率超过80%,而Cu挥发性较小,其挥发率<30%.飞灰水洗后,重金属的挥发率有显著的降低,其中重金属的挥发性大小依次为:Zn>Pb>Cd>Cu.飞灰热处置过程中预先加入Na2SO3、Na2SO4后,重金属(Cu、Pb、Zn、Cd)挥发率降低明显,而S的加入只能降低Zn的挥发率;Na2S加入后Cd、Zn挥发率下降.水洗飞灰添加Na2S后可降低4种重金属的挥发率,S及Na2SO3的加入分别降低了Cu和Zn的挥发率;4种硫化物的加入都可降低Cd的挥发率.研究结果为飞灰最大限度无害化处理及资源化回收利用提供理论依据.     

生活垃圾焚烧飞灰的加速碳酸化处理

针对垃圾焚烧飞灰中钙及两性重金属含量高的特点,在高液固比(10:1)条件下对焚烧飞灰进行加速碳酸化处理以改善飞灰的理化特性.采用XRD、SEM、压汞分析以及硫酸硝酸毒性浸出方法,对加速碳酸化处理后飞灰的晶相、形貌、孔隙特征及重金属(Pb、Cu、Zn、Cd、Ni、Cr)浸出特性进行了研究.结果表明,加速碳酸化处理后飞灰中的CaClOH峰消失,而CaCO3的峰增加,且强度增加.加速碳酸化处理可以有效降低焚烧飞灰的pH值, Pb、Cu、Zn和Ni的浸出分别减少了99.7%、93.9%、90.6%和27.8%,而Cr的浸出浓度增加了29.7%.     

无机试剂无害化处理垃圾焚烧飞灰的研究

对本地未经处理的飞灰进行浸出毒性实验,重金属离子Cd2+、Pb2+、Se2+、Zn2+浸出浓度超过GB16889-2008。采用Na3PO4、Na2HPO4、Na H2PO4、H3PO4、Fe SO4·7H2O、HAP、Na2S和Na2CO38种无机试剂,分别对飞灰重金属进行稳定化处理。结果表明:Na2S对于Cd2+和Se2+具有最好的去除效果,Na2HPO4对于Pb2+和Zn2+具有最佳的稳定化效果。以Na2HPO4和Na2S进行复配实验,结果表明:2.5wt%Na2HPO4-7.5wt%Na2S的处理效果是无机复配试剂中最好的,且试剂的复配使Cd2+、Pb2+、Se2+、Zn2+的浸出浓度均达到国家标准。XRD结果表明无机药剂复配处理飞灰没有改变原有飞灰的主晶相结构;SEM结果表明无机药剂对飞灰稳定化处理后,由于产生稳定产物,飞灰颗粒由球状变为不规则多角状,且表面有半连续片状结晶体产生。     

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。     

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。     

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.     

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.     

焚烧飞灰熔融过程重金属迁移特性中试研究

通过中试试验研究垃圾焚烧飞灰熔融过程重金属Cd、Pb、Zn、Cu、Cr和Ni的迁移特性,着重研究重金属在熔渣中的固化效果,考察了温度（1 290℃、1 320℃、1 360 ℃）、助熔剂（10 %的玻璃粉）、冷却方式（水冷、空冷）对重金属固定率的影响.结果表明,温度的提高使Pb、Zn、Cu、Cr和Ni的固定率都有一定的提高;加入10%的玻璃粉使各种重金属的固定率都有显著提高,只有Zn例外;对Zn、Cu、Cr和Ni,空气冷却方式下的重金属固定率比水冷方式下的高.     

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.     

固化飞灰形状及填埋方式对重金属浸出的影响

为探究成型形状和填埋方式对生活垃圾焚烧飞灰固化体中重金属浸出的影响，设置固化体尺寸分别为10×10×10cm、10×10×2.5cm、DN=3cm（球），同时设置码放、散乱堆放2种填埋方式进行动态浸出试验.结果表明，在固化体开裂前，球状与长方体、整齐码放与散乱堆放的浸出液pH值存在显著差异；单位质量固化体重金属Pb、Zn、Cr累积浸出量随固液接触面积、堆填散乱度、液固比的增大而增加，固化稳定化飞灰中重金属的浸出符合缩芯模型且主要由扩散过程控制，试验前段Pb、Zn、Cr的2种速率常数与固化体成型比表面积、堆填散乱度、液固比正相关.因此，要减少生活垃圾焚烧厂原灰中重金属的浸出，提高生活垃圾填埋场共处置飞灰固化稳定化产物的安全性，固化体成型时应尽量缩小比表面积同时避免散乱填埋.     

利用土著微生物处理焚烧飞灰及资源化初探

利用从自然界花坛土壤中筛选的土著脲酶微生物开展了微生物诱导碳酸盐沉淀作用(MICP)处理垃圾焚烧飞灰试验,通过颗粒级配、无侧限抗压强度、重金属浸出毒性测试对固化/稳定化效果进行了评价.结果表明,在土著微生物附著剑菌(Ensifer adhaerens)的MICP作用及飞灰火山灰性的共同作用下,飞灰固化、稳定化效果明显;在较优工况下,无侧限抗压强度可达205.2kPa,弹性模量可达200MPa,主要重金属元素Cd、Cr、Pb、Zn、Cu的浸出浓度满足《地表水环境质量标准》Ⅲ类要求.在此基础上,利用有限元软件ABAQUS分析了将固化飞灰用作道路路面和路基之间填料后,对沥青路面性能的影响.结果表明:在路面碎石基层与路基之间设置固化飞灰层,可有效降低沥青路面底部拉应变,延长疲劳寿命,有效减轻车辙损伤,可作为大量消纳飞灰的处理途径之一.     

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分布规律及浸出特性

文章研究了上海某垃圾焚烧厂不同粒径飞灰中重金属的分布特性。结果表明,大部分飞灰聚集在38～280μm,其中在38～53μm飞灰约占总量的50%。飞灰中重金属在不同粒径中的含量分布规律均为:Pb>Zn>Cu>Cr>Cd>Ni;除Ni和Cr外,重金属Zn、Cd、Cu和Pb都普遍表现出向小颗粒富集的趋势。重金属在不同粒径中的浸出量均为:Pb>Zn>Cr>Ni>Cu>Cd;Cr、Ni、Cu和Cd的浸出量随飞灰粒径的减小呈增加趋势,而Zn在106～280μm和Pb在75～106μm处的浸出量都经历了一个陡增过程。不同重金属的主要化学形态各不相同,除Ni和Cr外,其它重金属的主要形态都呈不稳定性。随着飞灰粒径的减小,碳酸盐结合态的Cd、Pb、Zn、Cu和铁锰氧化物结合态的Pb、Zn、Cu的量逐渐增加;残留态的Zn和有机结合态的Cu则不增反减;Ni和Cr的各形态分布规律不明显。     

垃圾焚烧飞灰烧结过程重金属迁移特性研究

对垃圾焚烧飞灰烧结处理过程6种重金属(Cd、Pb、Cu、Ni、Cr和Zn)迁移特性开展系统实验研究,烧结实验在高温箱式电炉上进行,着重考察烧结温度、时间、制样压力等条件对重金属残留率的影响.结果表明:Cr残留率随温度升高而显著提高,Cu、Zn残留率随温度升高有所波动;烧结时间对Cu残留率影响显著,对其它5种金属影响不明显;在一定范围内,6种重金属残留率随制样压力增大而提高;Cd、Pb易于挥发,而Cu、Ni、Cr和Zn不易挥发;烧结温度、时间、制样压力对各种重金属残留率的影响程度各不相同;烧结处理可以固化大部分重金属,同时飞灰中重金属在烧结过程中的残留率因种类不同而呈现显著差异.     

基于二次铝灰的地聚反应稳固化垃圾飞灰

基于工业生产铝过程中回收的二次铝灰（SAD）的地质聚合反应,提出了一种稳固化城市生活垃圾焚烧飞灰（MSWIFA）的新方法,分析硅铝物质的量之比对飞灰中重金属浸出浓度及地聚物固化体力学性能的影响规律.结果表明,当硅铝物质的量之比小于2.5时,二次铝灰-SiO₂基固化体与偏高岭土-SiO₂基固化体中的重金属浸出浓度均随着硅铝物质的量之比的增加而逐渐降低,2种固化体的抗压强度随着硅铝物质的量之比的增加而增加;硅铝物质的量之比达到2.5时,重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度均趋于稳定.XRD分析结果显示,偏高岭土-SiO₂基固化体中聚合物的种类与数量均略高于二次铝灰-SiO₂基固化体.但从重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度来看,2类固化体对飞灰中重金属的稳固化效果的差别很小,二次铝灰加上部分硅基材料可以作为偏高岭土的替代品,用于稳固化飞灰重金属的地质聚合反应中.二次铝灰-SiO₂基固化体的抗压强度达到13.65MPa,具备一定的力学性能,可用于部分特定的建筑材料.