垃圾焚烧飞灰合成地聚物及重金属稳定化效果_袁正璞

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表 2 垃圾焚烧飞灰重金属含量和浸出质量浓度及相关国家标准限值
重金属浸出质量浓度 / （ mg·L － 1 ）
GB 5085. 3—2007 /
GB 5086. 2—1997 HJ / T 299—2007 HJ / T 300—2007
（ mg·L － 1 ）
0. 06
生活垃圾焚烧飞灰 （ 上 海 御 桥 垃 圾 焚 烧 厂，采 用 炉排式焚烧炉、布袋除尘） ； 偏高岭土 （ 高岭土于 750° 煅烧 5 h） ； 氢氧化钠（ 片状分析纯，纯度 ＞ 96% ） 。
根据 GB / T 176—2008《水泥化学分析方法》对飞 灰、偏高岭土的主要化学成分进行测定，如表 1 所示， 飞灰中 CaO 的 高 含 量 与 垃 圾 焚 烧 烟 气 的 喷 钙 处 理 相关。
1） 微观形貌分析： 将经过抗压强度测试的地质
环境工程
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表 3 不同原料配比试验方案及结果
编号 F85 -3 F85 -5 F85 -7 F85 -9 F90 -3 F90 -5 F90 -7 F90 -9 F95 -3 F95 -5 F95 -7 F95 -9 F97 -3 F97 -5 F97 -7 F97 -9
按照 GB 5086. 2—1997《固体废物 浸出毒性浸出 方法 水平振荡法》、HJ / T 299—2007《固 体 废 物 浸 出 毒性浸出方 法 硫 酸 硝 酸 法 》、HJ / T 300—2007《固 体 废物 浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲 溶 液 法 》的 操 作 要 求对飞灰进行重金属浸出毒性试验。
0. 04
2. 2
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0. 03
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1. 03
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GB 18598—2001 / GB1 6889—2008 /
（ mg·L － 1 ）
（ mg·L － 1 ）
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40
Байду номын сангаас
5
0. 25
0. 5
由表 2 可知： 飞灰试样中 Pb 和 Cd 的浸出质量浓 度远超过 GB 5085. 3—2007《危险废物鉴别标准 浸出 毒性鉴别 》、GB 18598—2001《危 险 废 物 填 埋 污 染 控 制标准》和 GB 16889—2008 的限值。
重金属
Cu Pb Cd 总 Cr Zn
含量 / （ mg·kg － 1 ）
仅影响材料的强 度 和 耐 久 性［6-7］，而 且 掺 入 量 十 分 有 限。根据 GB 16889—2008《生 活 垃 圾 填 埋 场 污 染 控 制 标 准 》，飞 灰 稳 定 化 工 艺 后 达 标，可 送 入 生 活 垃 圾 填 埋 场 进 行 分 区 填 埋 ，既 减 少 了 危 险 废 弃 物 填 埋 场 的 建 设 费 用 ，也 为 其 他 毒 性 更 强 的 危 险 废 物 提 供 容 纳 空 间 。 因 此 ，随 着 飞 灰 数 量 的 增 加 和 危 险 废 弃 物 填 埋 厂 可用容量的减少，寻 找 一 种 新 的 处 理 量 大、可 操 作 性 强、经济有 效 的 垃 圾 焚 烧 飞 灰 处 置 方 法 的 现 实 意 义 巨大。
本 研 究 以 垃 圾 焚 烧 飞 灰 为 原 料 ，充 分 利 用 飞 灰 中 的活性组分制备 地 聚 物 材 料，在 飞 灰 掺 量 大、增 容 率 低 、可 操 作 性 强 的 基 础 上 探 讨 原 料 配 比 的 变 化 对 固 化 效果和 材 料 性 能 的 影 响 规 律，寻 找 最 经 济、有 效 的 配比。 1 实验部分 1. 1 材料
聚 四 氟 乙 烯 烧 杯 中，分 别 加 入 HF / H2 O2 / HCl （ 优 级 纯） 试剂，并置于电 热 板 上 加 热 数 小 时。 重 复 上 述 过 程，消解至没有残 渣，使 不 同 形 态 的 重 金 属 盐 类 和 氧 化物溶解。冷却、定 容 后 用 日 立 Z-2000 火 焰 原 子 吸 收分光光度 计 （ AAS） 测 定，得 到 飞 灰 中 重 金 属 的 含 量，如表 2 所示。
垃圾焚烧飞灰主要有 3 类处理途径： 1） 稳定化后 填埋处理； 2） 提取重金属或经高温熔融处理后资源 化利 用； 3 ） 作 为 部 分 原 料，用 于 生 产 绿 色 水 泥、混 凝 土 、陶 粒 、玻 璃 等 硅 酸 盐 类 材 料 。 其 中 ，水 泥 固 化 法 因 价格低廉、操作简 单 应 用 最 为 广 泛，但 由 于 飞 灰 中 含 有 阻 碍 水 泥 正 常 硬 化 的 物 质 ，致 使 固 化 体 的 最 终 填 埋 体积较大［5］。 利 用 垃 圾 焚 烧 飞 灰 作 为 水 泥 原 料，不
0. 15
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4. 5
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1. 2 实验方法 实验流程如图 1 所示。
图 1 实验工艺流程
1. 2. 1 地聚物材料的制备与养护 向混合均匀的飞灰和偏高岭土内加入碱激发剂
（ 具体配比见表 3） ，于水泥砂胶搅拌机中搅拌 20 ～ 40 min 后，注入 100 mm × 100 mm × 100 mm 的三联模中 捣实成型，放置 24 h 后脱模，分别在自然条件下养护
7，28 d，即可得到地聚物材料试件。 1. 2. 2 地聚物材料的抗压强度测定
将脱模 后 养 护 28 d 的 试 件 依 据 GB / T 50081— 2002《普通混凝土力学 性 能 试 验 方 法 标 准 》进 行 抗 压 强度的测定。 1. 2. 3 重金属浸出毒性测定
脱模后养护 7 d 的试件进行重金属固化效果测 试 ，分别模拟固化体处于地 下 水、酸 雨、垃 圾 填 埋 渗 滤 液 等不利场景下的重金属浸出情况。按照 GB 5086. 2— 1997、HJ / T 299—2007、HJ / T 300—2007 进 行 试 验。 浸出液中重金属的质量浓度用火焰原子吸收分光光 度计测定。 1. 2. 4 地聚合物材料的表征实验
地聚合材料是由硅氧四面体和铝氧四面体以角 顶相连，形 成 的 不 规 则 三 维 网 状 高 聚 物。 它 兼 具 陶 瓷、有 机 高 聚 物、水 泥 的 优 点，像 天 然 岩 石 一 样，硬 度 高 、热 稳 定 性 好 、耐 酸 碱 ，又 被 称 为 低 温 免 烧 陶 瓷 或 化 学键合陶瓷［8-9］，常 被 用 来 作 为 建 筑 材 料。 而 独 特 的 类沸石结 构 和 Al—O 四 面 体 的 存 在，使 它 能 够 以 平
称取一定量干燥后（ 50 ℃ 烘 5 h） 的飞灰试样于
化学成分 偏高岭土
飞灰
表 1 飞灰和偏高岭土主要化学成分
SiO2 44. 230 18. 625
Fe2 O3 1. 040 2. 309
Al2 O3 35. 872 5. 356
CaO 8. 094 34. 044
%
MgO 0. 566 2. 549
DOI:10.13205/j.hjgc.2012.06.029
环境工程
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垃圾焚烧飞灰合成地聚物及重金属稳定化效果
袁正璞1 李新颖1 陈泉源1 李传华2 谢学报1 邹庐泉2 钟江平2
（ 1． 东华大学 环境科学与工程学院，上海 201620； 2． 上海市固体废物处理处置中心，上海 201815）
0 引言 随着我国经济的高速发展和城市化进程的加快，
生活垃圾每 年 以 8% ～ 10% 增 长 率 快 速 增 长［1］。 垃 圾焚烧法具有占 地 面 积 小、减 量 化 效 果 显 著、无 害 化 较彻 底、可 资 源 化 利 用 等 优 点，近 年 来 发 展 迅 速。而 垃 圾 焚 烧 飞 灰 属 于 危 险 废 物 ，填 埋 之 前 需 进 行 化 学 稳 定 化 处 理［2-4］。
Abstract： Metakaoline and a large portion of MSWI fly ash were employed to prepare a series of geopolymeric matrices with an alkaline activator． For finding the best proportion，the effect of different quantities of fly ash on performance of geopolymer was investigated by measuring compressive strength and heavy metal leaching concentration． The results showed that the prepared geopolymer had good compressive strength and excellent solidification for heavy metals． The compressive strength could reach 17 MPa． The leaching concentrations of Pb with water，inorganic acids and organic acids as leaching solutions were only 0. 25 mg / L，0. 16 mg / L and 0. 22 mg / L，whereas the leaching concentrations of Cd were 0 mg / L，0 mg / L and 0. 15 mg / L respectively，which met the requirements of landfill for municipal solid waste． Keywords： geopolymer； municipal solid waste； incinerated fly ash； heavy metal； solidification； compressive strength