生活垃圾固結技術及其安全性研究
一、前言
城市生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)以(yi)每(mei)年8％～10％的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度增大，處(chu)(chu)理(li)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)壓力也隨之(zhi)增加。目前，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)處(chu)(chu)理(li)技(ji)術有(you)(you)填埋(mai)、焚燒、堆肥(fei)、資(zi)源化回收(shou)利(li)用等。幾十年來(lai)垃(la)圾(ji)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)實踐表明(ming)，還沒有(you)(you)一種處(chu)(chu)理(li)技(ji)術是高效(xiao)而(er)無污染(ran)的(de)(de)(de)(de)(de)，每(mei)一種處(chu)(chu)理(li)技(ji)術均(jun)有(you)(you)其不(bu)容忽視的(de)(de)(de)(de)(de)弊端，如填埋(mai)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)沼氣和(he)(he)滲濾液(ye)、孳生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)蚊蠅；焚燒產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)二(er)噁英（Dioxin）和(he)(he)呋(fu)喃(nan)等有(you)(you)害物(wu)質；堆肥(fei)產(chan)品中玻璃等雜質影響堆肥(fei)質量，肥(fei)效(xiao)不(bu)高等［1，2］。為了充(chong)分(fen)(fen)利(li)用原有(you)(you)處(chu)(chu)理(li)設施(shi)，解決填埋(mai)場(chang)(chang)內陳(chen)(chen)(chen)腐垃(la)圾(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)出路(lu)問題，增加填埋(mai)場(chang)(chang)可(ke)利(li)用空間(jian)，將填埋(mai)場(chang)(chang)內3年以(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)陳(chen)(chen)(chen)腐垃(la)圾(ji)取出，加入固結劑，使陳(chen)(chen)(chen)腐生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)中的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)毒(du)有(you)(you)害物(wu)質，特別(bie)是含有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)重金屬離子固結并達到穩(wen)定化，不(bu)給(gei)環(huan)境帶來(lai)二(er)次污染(ran)。并且固結后的(de)(de)(de)(de)(de)固結體具(ju)有(you)(you)一定的(de)(de)(de)(de)(de)強度可(ke)以(yi)用于(yu)道路(lu)建設。本(ben)項目采用新型固結技(ji)術對生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)進行固結，并對其固化效(xiao)果(guo)和(he)(he)安(an)全性進行分(fen)(fen)析和(he)(he)研究。
二、實驗方法
1.原材料
（1）礦(kuang)渣：采(cai)用寶(bao)田(tian)新型建材有限公司生(sheng)產的磨細(xi)礦(kuang)渣，比表面積為(wei)460m2/kg，化(hua)學成分如表1所示。
（2）鋼(gang)渣(zha)(zha)：采用寶(bao)鋼(gang)冶金(jin)建設公司(si)生產(chan)的磨細鋼(gang)渣(zha)(zha)，比(bi)表(biao)面積500m2/kg，化學(xue)成分如表(biao)1所(suo)示。
（3）固化劑：自配。
（4）生活垃圾：陳(chen)腐(fu)生活垃圾（陳(chen)腐(fu)三年以(yi)上）。
表1礦(kuang)渣(zha)和鋼渣(zha)化學成分（w t％）
 |
2.實驗方法
生(sheng)活垃圾固結體(ti)力學性(xing)能測(ce)試(shi)(shi)方(fang)法采用(yong)國(guo)標GB/T17671—1999《水泥砂漿強度(du)檢驗方(fang)法》進行，干濕(shi)循環(huan)試(shi)(shi)驗采用(yong)試(shi)(shi)件(jian)(jian)浸(jin)水4d，然后在(zai)80℃±5℃烘干5h，再在(zai)水中(zhong)浸(jin)泡5h作為一(yi)次(ci)循環(huan)，耐水性(xing)試(shi)(shi)驗采用(yong)在(zai)水中(zhong)浸(jin)泡30d后測(ce)定(ding)試(shi)(shi)件(jian)(jian)的質量和強度(du)。抗凍性(xing)能試(shi)(shi)驗采用(yong)GBJ82－85規定(ding)，先將試(shi)(shi)件(jian)(jian)浸(jin)水 4d，在(zai)飽和面干條件(jian)(jian)下，放入－20～－17℃的冰箱中(zhong)4h，然后取(qu)出在(zai)10～20℃的水中(zhong)融化4h作為一(yi)次(ci)循環(huan)。抗硫酸鹽侵(qin)蝕試(shi)(shi)驗采用(yong)GBJ82－85 規定(ding)方(fang)法進行。
耐高(gao)溫試驗采(cai)用(yong)在80℃條(tiao)件下29天，然后在室溫24小時(shi)的強(qiang)度與(yu)標準(zhun)條(tiao)件下強(qiang)度之比。固結體(ti)中(zhong)重金(jin)屬浸(jin)(jin)出(chu)(chu)毒(du)性(xing)采(cai)用(yong)國家標準(zhun) GB5086.2—1997枟固體(ti)廢物浸(jin)(jin)出(chu)(chu)毒(du)浸(jin)(jin)出(chu)(chu)方法水平振(zhen)蕩法枠［3］進(jin)行(xing)，重金(jin)屬最大可(ke)浸(jin)(jin)出(chu)(chu)量參考美國EPASW—846（TCLP）毒(du)性(xing)浸(jin)(jin)出(chu)(chu)實驗方法［4］進(jin)行(xing)。 三(san)、結果與(yu)討論
1.生活垃圾固結效果(guo)研究
生活垃圾固結體強度是采用礦渣、鋼渣和固化劑固結一定量生活垃圾成型試件，在20℃±3℃條件下養護7天、28天時，測定其強度，表2所示為固化劑不同摻量對生活垃圾固結體強度的影響。
表2 生活垃圾固結體強度 |
由(you)試(shi)驗結(jie)果(guo)可知，隨(sui)固(gu)(gu)化劑摻量(liang)增加，生(sheng)活(huo)垃(la)(la)圾(ji)固(gu)(gu)結(jie)體(ti)的強(qiang)度(du)提高。當固(gu)(gu)化劑摻量(liang)達(da)3％時，生(sheng)活(huo)垃(la)(la)圾(ji)固(gu)(gu)結(jie)體(ti)強(qiang)度(du)7天達(da)24.7MPa，28天強(qiang)度(du)達(da)38.4MPa。同時還可以認為，生(sheng)活(huo)垃(la)(la)圾(ji)固(gu)(gu)結(jie)體(ti)早期(qi)強(qiang)度(du)隨(sui)固(gu)(gu)化劑用量(liang)增加而提高。
2.生(sheng)活垃圾固結體強度發(fa)展規律
由以上的實驗數據可知生活垃圾固結體具有較高的抗壓強度，為了了解該材料長期強度發展情況，我們對其長齡期的強度進行測定。圖1所示是生活垃圾固結體強度發展情況。
 |
圖1生活垃圾(ji)固結(jie)體(ti)強度發展(zhan)規(gui)律
由圖(tu)1中結果可以看(kan)出，生(sheng)活垃圾固(gu)結體(ti)不僅(jin)具(ju)有較高的早(zao)期強度，而且(qie)后期強度發(fa)展潛力也很大(da)，無強度倒縮現(xian)象，養護120天(tian)時，其強度值可達(da)49MPa。
3.生活垃圾固(gu)結(jie)體耐久性(xing)能(neng)
表(biao)3所示是(shi)生(sheng)活垃圾(ji)固(gu)結(jie)體耐(nai)久性能(neng)，由表(biao)中試驗結(jie)果可知(zhi)，經(jing)過(guo)30次(ci)干(gan)濕循環后，生(sheng)活垃圾(ji)固(gu)結(jie)體強度(du)損失伴(ban)隨固(gu)化劑(ji)用量(liang)增加而(er)下(xia)降，當固(gu)化劑(ji)用量(liang)大于20％時，固(gu)結(jie)體強度(du)非但沒有下(xia)降，而(er)且有一定強度(du)提高(gao)。
在本(ben)(ben)實驗(yan)范圍(wei)內，經過高溫80℃下(xia)(xia)7天，強度提(ti)高5％～8％，在水(shui)中30天強度基本(ben)(ben)沒有(you)損(sun)失，并且隨(sui)固(gu)(gu)化劑(ji)(ji)用(yong)量增加，固(gu)(gu)結體(ti)(ti)耐(nai)水(shui)性(xing)能(neng)(neng)提(ti)高。故在高溫和水(shui)中環境下(xia)(xia)，生(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)(ji)固(gu)(gu)結體(ti)(ti)均能(neng)(neng)滿足道路工程應用(yong)的(de)(de)技術要(yao)求。此外，由試驗(yan)結果(guo)分(fen)析還可以看(kan)出，經100次凍融循環后，生(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)(ji)固(gu)(gu)結體(ti)(ti)強度損(sun)失為(wei)2％～14％，并隨(sui)固(gu)(gu)結劑(ji)(ji)用(yong)量增加，固(gu)(gu)結體(ti)(ti)抗凍融循環性(xing)能(neng)(neng)提(ti)高。可以認為(wei)，當固(gu)(gu)化劑(ji)(ji)用(yong)量在20％以上時(shi)，生(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)(ji)固(gu)(gu)結體(ti)(ti)基本(ben)(ben)滿足工程所需的(de)(de)抗凍要(yao)求。生(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)(ji)固(gu)(gu)結體(ti)(ti)的(de)(de)抗硫(liu)酸鹽(yan)侵(qin)(qin)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)是其(qi)耐(nai)久(jiu)性(xing)的(de)(de)一(yi)個重要(yao)方(fang)面。由于地下(xia)(xia)水(shui)及一(yi)些土壤中常含有(you)一(yi)定濃(nong)度的(de)(de)SO42-，使(shi)固(gu)(gu)結體(ti)(ti)經常受(shou)到硫(liu)酸鹽(yan)侵(qin)(qin)蝕(shi)。硫(liu)酸鹽(yan)對(dui)陳腐(fu)生(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)(ji)固(gu)(gu)結體(ti)(ti)的(de)(de)侵(qin)(qin)蝕(shi)是一(yi)個復雜的(de)(de)物理(li)化學過程。生(sheng)(sheng)活(huo)(huo)(huo)垃(la)圾(ji)(ji)的(de)(de)孔隙和微裂縫對(dui)其(qi)抗硫(liu)酸鹽(yan)侵(qin)(qin)蝕(shi)能(neng)(neng)力影響很(hen)大。
表3 生活垃圾耐久性能 |
由(you)抗硫酸鹽侵(qin)蝕(shi)和抗氯鹽侵(qin)蝕(shi)試驗結(jie)(jie)果可(ke)(ke)知，在5％NaSO4溶液中浸(jin)泡(pao)(pao)30天(tian)，生(sheng)活(huo)(huo)垃圾固(gu)(gu)結(jie)(jie)體強度提高(gao)1％～10％不等(deng)。由(you)此可(ke)(ke)見生(sheng)活(huo)(huo)垃圾固(gu)(gu)結(jie)(jie)體具有非常優越的抗硫酸鹽侵(qin)蝕(shi)能力(li)。在5％NaCl溶液中浸(jin)泡(pao)(pao)30天(tian)，固(gu)(gu)結(jie)(jie)體強度損失小于16％，并且隨固(gu)(gu)化劑用量增加生(sheng)活(huo)(huo)垃圾固(gu)(gu)結(jie)(jie)體抗氯鹽侵(qin)蝕(shi)能力(li)有明顯提高(gao)。
4.生(sheng)活垃(la)圾固結體浸出毒性研究
由(you)以(yi)上的(de)實(shi)驗結果(guo)可以(yi)發現(xian)，生活垃(la)圾固(gu)結體具有較(jiao)高的(de)物理力學性(xing)(xing)能(neng)和耐久性(xing)(xing)能(neng)，為了(le)進一步了(le)解該材料使用的(de)安全性(xing)(xing)，我們對其進行浸出毒性(xing)(xing)研究。表4所示是生活垃(la)圾固(gu)結體56天齡期的(de)重(zhong)金屬浸出量比較(jiao)情況。
表4 生活垃圾56天固結體H重金屬浸出毒性（mg/L） |
由表中(zhong)結果可以(yi)發現固(gu)(gu)結體采(cai)用國標(biao)(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)水(shui)平振蕩法(fa)測試出的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)離子(zi)可浸(jin)出量均(jun)小于國家(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)體廢物(wu)(wu)(wu)排放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)和(he)(he)國家(jia)(jia)(jia)廢水(shui)排放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)的(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)(fang)(fang)要求，采(cai)用美國EPA的(de)(de)(de)(de)（TCLP）的(de)(de)(de)(de)旋轉振蕩法(fa)測試出的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)離子(zi)最大(da)浸(jin)出量也均(jun)小于固(gu)(gu)體廢物(wu)(wu)(wu)排放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)和(he)(he)國家(jia)(jia)(jia)廢水(shui)排放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)的(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)(fang)(fang)要求。同時可以(yi)看到未(wei)經(jing)固(gu)(gu)結前的(de)(de)(de)(de)陳腐(fu)生活垃(la)圾的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)浸(jin)出毒性，遠遠超(chao)過國家(jia)(jia)(jia)固(gu)(gu)體廢物(wu)(wu)(wu)排放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)和(he)(he)國家(jia)(jia)(jia)廢水(shui)排放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)的(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)(fang)(fang)要求。采(cai)用固(gu)(gu)結劑的(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)結方法(fa)將陳腐(fu)生活垃(la)圾中(zhong)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)離子(zi)穩(wen)定在固(gu)(gu)結體中(zhong)，其穩(wen)定陳腐(fu)生活垃(la)圾中(zhong)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)離子(zi)的(de)(de)(de)(de)效果Pb達(da)(da)98.33％、Zn達(da)(da)99.78％、Cd達(da)(da)97.06％、Cr達(da)(da)99.72％、Cu達(da)(da)98.89％、Ni達(da)(da) 100％。
5.生活垃(la)圾固結(jie)體重(zhong)金屬穩定機理分析
采用多級(ji)提(ti)(ti)取過程實驗方法可(ke)以分析固結體中重(zhong)金屬的存在(zai)狀態，從而可(ke)以確(que)定其固結重(zhong)金屬的長期穩定性。表5所(suo)示是多級(ji)提(ti)(ti)取的實驗結果。
表5 多級提取程序實驗結果（％） |
由(you)表5可(ke)以看(kan)出(chu)(chu)，陳(chen)腐(fu)生(sheng)活垃圾固(gu)(gu)結(jie)(jie)體(ti)中的重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)離(li)(li)子(zi)Pb、Zn、Cr、Cd的分布形態(tai)(tai)，Pb的酸(suan)(suan)(suan)溶態(tai)(tai)占(zhan)11.69％，這(zhe)(zhe)部分屬(shu)(shu)于(yu)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)碳酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)和氫氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物，在(zai)酸(suan)(suan)(suan)性條件(jian)下(xia)易(yi)浸(jin)出(chu)(chu)，在(zai)這(zhe)(zhe)一(yi)形態(tai)(tai)中的百分含(han)量不到12％不會超過國家排放標(biao)準；非晶(jing)型氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鐵(tie)占(zhan)16.85％，這(zhe)(zhe)部分屬(shu)(shu)于(yu)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)硫酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)、重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)單(dan)(dan)體(ti)和氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物鉻酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)等，這(zhe)(zhe)種(zhong)形態(tai)(tai)下(xia)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)離(li)(li)子(zi)是較難浸(jin)出(chu)(chu)的；晶(jing)型氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鐵(tie)態(tai)(tai)占(zhan)50.43％，這(zhe)(zhe)部分屬(shu)(shu)于(yu)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)硫酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)、重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)單(dan)(dan)質和氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鉻酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)等，較難被還原，重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)離(li)(li)子(zi)很難浸(jin)出(chu)(chu)；殘渣(zha)(zha)態(tai)(tai)占(zhan)15.5％，屬(shu)(shu)于(yu)硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)、鋁(lv)—硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)、重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)單(dan)(dan)質和氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物，重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)離(li)(li)子(zi)在(zai)這(zhe)(zhe)種(zhong)形態(tai)(tai)時(shi)不可(ke)能浸(jin)出(chu)(chu)。85％以上的Zn、Cr、Cd離(li)(li)子(zi)都在(zai)有(you)機結(jie)(jie)合態(tai)(tai)和非晶(jing)型鐵(tie)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)、晶(jing)型氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鐵(tie)、殘渣(zha)(zha)態(tai)(tai)形態(tai)(tai)存在(zai)于(yu)固(gu)(gu)結(jie)(jie)體(ti)中，說明固(gu)(gu)結(jie)(jie)劑引發的物理化(hua)(hua)(hua)學反應連同(tong)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)離(li)(li)子(zi)一(yi)起反應生(sheng)成了重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)硫酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)、重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)單(dan)(dan)質和氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物鉻酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)、硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)、重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)單(dan)(dan)質和氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物等穩定的礦物相，在(zai)自然條件(jian)下(xia)，重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)離(li)(li)子(zi)基本上不可(ke)能浸(jin)出(chu)(chu)。陳(chen)腐(fu)垃圾固(gu)(gu)結(jie)(jie)體(ti)可(ke)以安全地(di)在(zai)工(gong)程中使用。
四、結論
（1）本固結技術(shu)可使生活垃圾固結體28天強(qiang)度(du)達38MPa以上，并且長(chang)期強(qiang)度(du)無(wu)倒縮(suo)現(xian)象。
（2）耐(nai)久性試驗結果表(biao)明，采用本固(gu)結技(ji)術的生活(huo)垃圾固(gu)結體具有較佳的抗(kang)凍性能(neng)(neng)、耐(nai)水性和抗(kang)干(gan)濕循(xun)環能(neng)(neng)力、抗(kang)硫酸鹽侵蝕(shi)性能(neng)(neng)等耐(nai)久性能(neng)(neng)。
（3）采用(yong)固結劑(ji)的(de)(de)固結方法將陳腐(fu)生活垃圾中的(de)(de)重金(jin)屬(shu)離子穩定在(zai)固結體中，其穩定陳腐(fu)生活垃圾中的(de)(de)重金(jin)屬(shu)離子的(de)(de)效(xiao)果Pb達(da)(da)98.33％、Zn達(da)(da)99.78％、 Cd達(da)(da)97.06％、Cr達(da)(da)99.72％、Cu達(da)(da)98.89％、Ni達(da)(da)100％。以穩定的(de)(de)形態存在(zai)于固結體中，生活垃圾固結體可以長期(qi)安全地在(zai)工程中使用(yong)。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
