城市生活垃圾焚燒飛灰固化穩(wěn)定化機(jī)制及活性礦物水化產(chǎn)物表征.pdf

1、城市生活垃圾焚燒飛灰因重金屬浸出毒性超標(biāo)而被列為危險(xiǎn)固體廢物。飛灰固化穩(wěn)定化是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的處理方法，本文比較了鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、鋁酸三鈣、硅粉、偏高嶺土對(duì)飛灰的固化穩(wěn)定化效果，研究了這些體系的水化特性及重金屬、無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物的浸出行為，對(duì)垃圾焚燒飛灰固化穩(wěn)定化提供科學(xué)依據(jù)。
　　活性礦物對(duì)固化體抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)從大到小依次是硅粉、偏高嶺土、鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、鋁酸三鈣。抗壓強(qiáng)度和 C–S–H凝膠的平均鏈長(zhǎng)正相關(guān)。

2、　　XRD、DTA-TG和NMR結(jié)果表明，摻加不同活性礦物生成的水化產(chǎn)物差異很大，鋁酸鹽水泥/飛灰固化體水化產(chǎn)物為 C–S–H凝膠、鈣礬石、低硫型硫鋁酸鈣、Friedel鹽、水化鋁酸鈣和硅灰石膏；硅酸鹽水泥/飛灰固化體水化產(chǎn)物為 C–S–H凝膠、鈣礬石、Friedel鹽、Ca(OH)2和硅灰石膏；鋁酸三鈣/飛灰固化體水化產(chǎn)物為C–S–H凝膠、鈣礬石、低硫型硫鋁酸鈣、Friedel鹽和硅灰石膏；硅粉/飛灰固化體水化產(chǎn)物為 C–S–H凝膠、

3、鈣礬石和硅灰石膏，但高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)固化體水化產(chǎn)物為C–S–H凝膠；偏高嶺土/飛灰堿激發(fā)固化體水化產(chǎn)物為C–S–H凝膠和地聚物。
　　飛灰中 Pb的浸出毒性超出了危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)5 mg/L，浸出液pH為12.5。重金屬Cu、Pb和Zn的固化效果對(duì)比研究表明，硅酸鹽水泥/飛灰固化體（OPC-20）對(duì)重金屬的化學(xué)穩(wěn)定作用在養(yǎng)護(hù)前7 d完成，7 d~135 d固化效果基本持平；鋁酸鹽水泥/飛灰固化體（CAC-20

4、）在養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)對(duì)重金屬的固化效果略優(yōu)于OPC-20，養(yǎng)護(hù)7 d~135 d重金屬浸出濃度逐漸下降，固化效果漸佳；硅粉/飛灰固化體（SF-20）在養(yǎng)護(hù)135 d后固化效果優(yōu)于其他固化體；高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)加速了火山灰反應(yīng)，硅粉/飛灰高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)固化體（SF-W-20）在養(yǎng)護(hù)31 d時(shí)達(dá)到了硅粉/飛灰固化體（SF-20）養(yǎng)護(hù)135 d的固化效果；偏高嶺土/飛灰堿激發(fā)固化體（MK-15）養(yǎng)護(hù)1年內(nèi)對(duì) Pb的固化效果次于摻加硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和

5、硅粉的固化體；鋁酸三鈣/飛灰固化體（CAC-20）對(duì)重金屬的固化效果最差。
　　活性礦物摻量<20％時(shí)，Cd的浸出濃度低于檢出限，Pb、Cu和Zn的浸出濃度隨著活性礦物摻加量的增加而降低，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鋁酸鹽水泥摻量14%~20%養(yǎng)護(hù)7 d、28 d和135 d，硅粉摻量10%~20%養(yǎng)護(hù)135 d，硅粉摻量4%~20%高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)31 d的固化體中Pb的浸出毒性和浸出液pH滿足危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)。

6、r>　　將定pH浸出實(shí)驗(yàn)和Visual MINTEQ模擬計(jì)算結(jié)合，研究了飛灰中主要元素和重金屬的浸出規(guī)律。結(jié)果表明：與飛灰相比，固化體的Cd、Pb、Cu和Zn浸出曲線不同程度地向低pH值偏移，金屬氧化物、氫氧化物和碳酸化合物的模擬浸出濃度高于實(shí)際測(cè)定濃度，說(shuō)明在堿性環(huán)境下固化體的水化產(chǎn)物對(duì)重金屬有顯著的包容和化學(xué)穩(wěn)定作用。Visual MINTEQ模擬計(jì)算結(jié)果表明，Al和Ca的浸出主要由溶解/沉淀模型控制；Pb、Cr、Cd、Cu和Zn的

7、浸出由溶解/沉淀模型和表面吸附模型同時(shí)控制。
　　通過(guò)研究固化體中的水化產(chǎn)物以及陰離子的浸出行為，探討了固化體中陰離子的固化機(jī)制。Cl-和SO42-的化學(xué)固定主要是形成Friedel鹽、鈣礬石和低硫型硫鋁酸鈣，C–S–H凝膠對(duì)Cl-也有顯著的吸附作用。
　　與飛灰相比，固化體浸出液COD和TOC都有不同程度的下降，多環(huán)芳烴PAHs的毒性當(dāng)量顯著降低，表明垃圾焚燒飛灰采用活性礦物進(jìn)行固化穩(wěn)定化處理對(duì)有機(jī)污染物也有良好的控制效果