垃圾焚燒飛灰水泥固化技術(shù)的研究進(jìn)展
水泥固化是將垃圾焚燒飛灰和水泥按一定比例混合，加入適量的水，經(jīng)水化反應(yīng)后形成堅(jiān)硬的水泥固化體的方法，可以達(dá)到降低飛灰中危險(xiǎn)成分浸出毒性的目的；驹碓谟谕ㄟ^固化包容，減少飛灰的表面積和降低其可滲透性，達(dá)到穩(wěn)定化、無害化的目的。根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者所做的研究工作，筆者大致將其分為兩類。
1 處理與處置
Ling研究了3種不同的水泥對垃圾焚燒飛灰的固化作用。研究表明，飛灰摻量在l0％～40％時(shí)，水泥的初凝和終凝時(shí)間會(huì)有不同程度的延長。另外，飛灰的引入會(huì)使試樣整體強(qiáng)度的增長放緩，飛灰摻量在10％～20％時(shí)，混合體的強(qiáng)度與相，應(yīng)的純水泥的強(qiáng)度相比沒有明顯下降，TCLP的測試也符合美國環(huán)保署的標(biāo)準(zhǔn)。
Jasmine設(shè)法使用盡可能少的水泥將焚燒飛灰固化，焚燒飛灰取自我國東部某城市，采用了飛灰比例分別為91％和77％的兩組樣品試驗(yàn)。在水灰比為0.5時(shí)，試塊的重金屬浸出濃度符合我國標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度值也符合垃圾填埋裝卸和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。在水灰比為0.4時(shí)，77％飛灰摻量的水泥試塊對于Pb的固化效果有了顯著的提高，Jasmine認(rèn)為這是由于減少用水量以后，水泥漿的密度提高進(jìn)而使?jié){體結(jié)構(gòu)更趨于緊密。
水泥固化是對垃圾焚燒飛灰有效的處理處置方法之一，美國環(huán)保署已將水泥基材料固化列為處理有毒有害廢物的最佳技術(shù)。目前國內(nèi)外對垃圾焚燒飛灰的處置著重于無害化處理后作為廢棄物進(jìn)行填埋，但是這種處理處置方式存在如下問題：①處理后廢物體積增加；②新的填埋場有限；③存在長期穩(wěn)定性問題，飛灰中特殊的鹽類和有機(jī)物的分解容易造成固化體破裂，從而造成再次污染。因此，根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，尋找合適的垃圾焚燒飛灰資源化途徑，已經(jīng)成為解決飛灰污染問題的當(dāng)務(wù)之急。
2 資源化利用
垃圾焚燒飛灰的主要成分為siO2、A12O3、Fe2O3和CaO等，與目前常用的高爐礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料組成十分類似，而且飛灰顆粒微細(xì)，易與其他物質(zhì)反應(yīng)生成新的物相，因此有望將垃圾焚燒飛灰開發(fā)成一種輔助性膠凝材料與水泥共用，實(shí)現(xiàn)其資源化利用，減輕填埋場的負(fù)擔(dān)。針對垃圾焚燒飛灰與水泥共用過程中出現(xiàn)的諸如力學(xué)強(qiáng)度不足、體積安定性不良、凝結(jié)時(shí)間增長等缺點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者在垃圾焚燒飛灰膠凝材料化方面做了很多研究，為垃圾焚燒飛灰的資源化作出了努力。
同濟(jì)大學(xué)的岳鵬等利用城市垃圾焚燒飛灰制備新型輔助性膠凝材料。研究結(jié)果表明，焚燒飛灰可以延緩水泥的凝結(jié)硬化，具有一定的膠凝活性，但在水泥中的摻量不宜過大；與礦渣復(fù)合后可以改善焚燒飛灰的膠凝活性，提高水泥漿體的強(qiáng)度；焚燒飛灰中的重金屬可被固化于水泥水化產(chǎn)物中，不會(huì)對環(huán)境造成污染。Shih采用篩分、研磨和磁性分離的方法對飛灰進(jìn)行預(yù)處理，以去除其中的碎片、鹽類和金屬成分。當(dāng)處理后的飛灰摻量在5％以內(nèi)時(shí)，水泥試樣的強(qiáng)度幾乎沒有變化；當(dāng)摻量超過l0％時(shí)，由于飛灰含量增加引起的CaO成分不足導(dǎo)致了強(qiáng)度的下降；當(dāng)飛灰摻量為15％時(shí)，通過加入適量的 CaO對混合物的化學(xué)成分作了彌補(bǔ)，使水泥的強(qiáng)度滿足了要求。
清華大學(xué)的蔣建國等考察了水洗預(yù)處理對焚燒飛灰組成及其膠凝活性的影響，研究了不同水泥／飛灰配比下所制得的固化塊的力學(xué)強(qiáng)度和重金屬浸出毒性。結(jié)果表明，經(jīng)過水洗預(yù)處理，焚燒飛灰中的可溶性鹽類大大減少，飛灰固化塊的強(qiáng)度得到了一定提高，重金屬浸出毒性有明顯的降低，體積安定性也得到了改善。隨著水泥添加量的增加，飛灰固化塊的抗壓強(qiáng)度也提高，在添加60％水泥養(yǎng)護(hù)28天后，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到42．5MPa，且在pH值為1—13的范圍內(nèi)重金屬浸出毒性穩(wěn)定。
Aubert將飛灰預(yù)處理后應(yīng)用于混凝土，并將該預(yù)處理方法命名為Revasol方法。該方法由3個(gè)連續(xù)的步驟組成：對焚燒飛灰進(jìn)行水洗、磷酸化和煅燒處理，分別用來去除可溶性鹽、穩(wěn)定重金屬、去除有機(jī)物。處理后的飛灰可被當(dāng)作混凝土的骨料使用。研究表明，混凝土的強(qiáng)度并沒有因?yàn)轱w灰的加入而降低。重金屬毒性浸出穩(wěn)定，因此具有潛在的使用價(jià)值。 Aubert還采用Na2CO3對飛灰進(jìn)行了預(yù)處理。結(jié)果表明，采用Na2CO3處理過的飛灰在與水泥混合時(shí)，比用Revasol方法處理過的飛灰水灰比要大，但是具有更高的力學(xué)強(qiáng)度。這是由于改進(jìn)后的預(yù)處理方法更好地去除了飛灰中的金屬鋁以及硫酸鹽，其中金屬鋁的存在被認(rèn)為是水泥固化飛灰后產(chǎn)生膨脹的主要原因。
垃圾焚燒飛灰所引起的污染問題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視。要做到飛灰的無害化處理及其資源化，必須從環(huán)境、技術(shù)和安全等角度進(jìn)一步深入研究。水泥固化作為一種經(jīng)濟(jì)且行之有效的方法，已經(jīng)從單純的固化后填埋發(fā)展到對飛灰的資源化利用上面，且垃圾焚燒飛灰和水泥相近的組成也為其成為膠凝材料提供了可能。
目前得到的固化體大部分只能填埋，限制了固化技術(shù)的發(fā)展。對垃圾焚燒飛灰資源化利用的研究，應(yīng)設(shè)法采用物理活化、化學(xué)活化、熱活化等手段提高焚燒飛灰的活性，并保證固化體具有良好的安定性，嚴(yán)格杜絕膨脹等影響固化體強(qiáng)度發(fā)展的現(xiàn)象發(fā)生，使固化體具有優(yōu)良的性能，實(shí)現(xiàn)再利用。
對垃圾焚燒飛灰再利用的主要障礙是其中的有毒有害18物質(zhì)，因此水泥固化技術(shù)的關(guān)鍵是固化體的浸出毒性和安全使用。此外，有必要對垃圾焚燒灰渣中重金屬的遷移、轉(zhuǎn)化和富集機(jī)理以及重金屬污染物對水泥水化的干擾作用進(jìn)行深入研究。
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