城市生活垃圾焚燒飛灰固化穩(wěn)定化機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而被列為危險固體廢物。飛灰固化穩(wěn)定化是一種相對經(jīng)濟的處理方法，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、無機鹽和有機物的浸出行為，對垃圾焚燒飛灰固化穩(wěn)定化提供科學依據(jù)。
　　活性礦物對固化體抗壓強度的貢獻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?？箟簭姸群?C–S–H凝膠的平均鏈長正相關(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廢物鑒別標準和危險廢物填埋污染控制標準5 mg/L，浸出液pH為12.5。重金屬Cu、Pb和Zn的固化效果對比研究表明，硅酸鹽水泥/飛灰固化體（OPC-20）對重金屬的化學穩(wěn)定作用在養(yǎng)護前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7 d時對重金屬的固化效果略優(yōu)于OPC-20，養(yǎng)護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135 d后固化效果優(yōu)于其他固化體；高溫蒸汽養(yǎng)護加速了火山灰反應(yīng)，硅粉/飛灰高溫蒸汽養(yǎng)護固化體（SF-W-20）在養(yǎng)護31 d時達到了硅粉/飛灰固化體（SF-20）養(yǎng)護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1年內(nèi)對 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）對重金屬的固化效果最差。
　　活性礦物摻量<20％時，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)護時間的延長而降低。對比發(fā)現(xiàn)，鋁酸鹽水泥摻量14%~20%養(yǎng)護7 d、28 d和135 d，硅粉摻量10%~20%養(yǎng)護135 d，硅粉摻量4%~20%高溫蒸汽養(yǎng)護31 d的固化體中Pb的浸出毒性和浸出液pH滿足危險廢物填埋污染控制標準。

6、r>　　將定pH浸出實驗和Visual MINTEQ模擬計算結(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際測定濃度，說明在堿性環(huán)境下固化體的水化產(chǎn)物對重金屬有顯著的包容和化學穩(wěn)定作用。Visual MINTEQ模擬計算結(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控制。
　　通過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制。Cl-和SO42-的化學固定主要是形成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的毒性當量顯著降低，表明垃圾焚燒飛灰采用活性礦物進行固化穩(wěn)定化處理對有機污染物也有良好的控制效果