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水泥基材料固化/稳定化处理生活垃圾焚烧飞灰重金属及机理研究

胡洋  
【摘要】:垃圾焚烧发电是目前常用的垃圾处理方法,但是在焚烧过程中会产生飞灰,飞灰中含有大量的重金属等有害物质,属于危险废弃物。水泥固化是最常用的飞灰处理手段,但是对重金属浓度高的飞灰处理效果较差。因此本课题以水泥固化飞灰为基础,探讨外加氧化钙和外加基材的铝硅比对飞灰固化的影响,并合成了几种水泥主要的水化产物,探讨其固化重金属的机理。实验发现,氧化钙对水泥固化飞灰样的浸出毒性和抗压强度有影响。加入8%氧化钙的水泥固化样对Cd的处理效果最好,养护7d的样品重金属固定率从63.5%提高到99.4%,Cd浸出浓度为0.089mg/L。固化样抗压强度随着氧化钙投加量增加先提高后降低,在1%投加量时达到最大值为2.77 MPa,高于标准要求的1 MPa。氧化钙和水泥协同处理的固化样中Pb的可交换态由21.6%减少至6.2%,Cd的碳酸盐态由34.4%降低到4.1%,Pb和Cd的铁锰氧化态含量分别由32.1%和13.2%提高到49.2%和50.2%。另外,酸中和能力测试结果表明,氧化钙加入后,固化样在多pH环境中更稳定。研究表明,外加基材的铝硅比对固化样的浸出毒性和抗压强度有影响。当铝硅比(摩尔比)为3.5的时候,固化效果最好,对Cd的固定率是42.3%,浸出浓度为8.19mg/L,对Pb的固定率是77.9%,浸出浓度为2.47 mg/L。当在此铝硅比上再加入8%氧化钙协同处理后,Cd和Pb的固定率分布提高为94.4%和95.6%。添加硅酸钠和偏铝酸钠的固化样抗压强度明显小于水泥固化样,抗压强度随着铝硅比减少先提高后降低,在铝硅比为1.75时到达最大值0.74MPa。固化样中水化产物的种类和含量与加入的铝硅比有关,当铝硅比为17时,固化样XRD中发现氯铝酸钙的存在,而随着铝硅比减少,氯铝酸钙消失。氧化钙和铝硅外加基材协同处理的固化样中水化产物的种类增加,出现了钙矾石和氯铝酸钙。实验证实,水化硅酸钙,钙矾石,氯铝酸钙都能固定Cd。3种水化产物对Cd固定能力的比较:氯铝酸钙水化硅酸钙氯铝酸钙。氯铝酸钙在0.3%Cd和5%Cd的投加量下固定率均大于99%。水化硅酸钙在0.3%Cd投加量下,固定率接近氯铝酸钙,但随着投加量的增加,固定率降低但仍然大于90%。钙矾石的固化能力最差,两种投加量下固定率最高也未超过80%。投加时间和投加的Cd种类对水化产物也有影响。Cd在不同水化产物中固定机制不同,水化硅酸钙和钙矾石固化Cd的机制主要是同构取代和吸附,氯铝酸钙固化Cd的主要机制是共沉淀和同构取代。


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