毕业论文——碱激发材料双重固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

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1、碱激发材料双重固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究摘要:垃圾焚烧飞灰（简称飞灰）是城市生活垃圾经焚烧处理后，在烟气净化装置中收集得到的残留物，其中含有较高浸出浓度的重金属以及高毒性的二噁英等，属于危险固体废物（废物代码：802-002-18）。随着垃圾焚烧厂的兴建，飞灰的产量日益庞大，环保标准要求在对其处理以及资源化利用时必须保证对环境无害。借助高炉矿渣具有的高温熔融态，在排渣过程中加入飞灰，通过高温作用下矿渣与飞灰的物相反应，使矿渣在高温熔融状态下固化飞灰中的重金属，固化飞灰后的熔融态矿渣（本文称为固熔体）再经

2、水淬后仍然能够形成具有一定活性的水淬固熔体，和普通矿渣相比，结合了飞灰的固熔体与普通矿渣的化学成分和矿物组成类似，仅矿物含量有所改变及增加了少量的重金属和盐类，据此可以认为，结合了飞灰的固熔体仍会具有较好的胶凝活性。这样既减少了单纯加热熔融固化处置飞灰的能耗和费用并且可以比较彻底的去除飞灰中的二噁英。为模拟矿渣在排出时熔融状态下对飞灰的固熔，本论文拟在不同煅烧温度和飞灰掺量下对矿渣和飞灰进行压制成型后煅烧，考查在不同温度和飞灰掺量下的固熔体中重金属浸出浓度和固熔体的胶凝性以及用于矿物掺合料时的安全性；分析固

3、熔体用于制备的碱激发材料的基本特性，及其重金属对碱激发材料的作用机理和固化重金属的效果。探索实现工艺简单、技术可行、成本低廉、固化重金属效果安全可靠的垃圾焚烧飞灰处置技术。试验结果表明，在固熔体形成过程中，煅烧温度对固化重金属效果的影响较大，当温度达到1200℃时，飞灰和矿渣发生了一系列反应并形成了新物质，而在此反应过程中，重金属会参与其中，实现以化学键合的方式固化飞灰中的重金属，固熔体结构密实有利于包裹重金属，有较多玻璃体，使得固熔体具有较大的潜在活性，有利于实现资源化；固熔体在煅烧温度为1200℃及飞灰

4、掺量为40%时，胶凝活性最高，硬化水泥浆体对固熔体中的重金属固化较好，同时固熔体对水泥浆体的主要性能指标的影响不大都在合格的范围内，将固熔体作为一种矿物掺合料具有很好的前景；固熔体用于制备碱激发材料具有良好的力学性能，当固熔体中飞灰掺量为40%及NaOH掺量为4%时，试块具有较高的早期强度和良好的后期发展规律，并且固熔体的掺入能降低试块的收缩率，Cu不仅延缓而且在一定程度上阻碍了物料的早期水化降低早期强度，垃圾焚烧飞灰中高浸出浓度的重金属经过高温矿渣和碱激发材料的双重固化作用，其浸出量已微乎其微，不会对环境

5、造成危害，垃圾焚烧飞灰这种方式实现其资源化利用是安全可行的；掺固熔体碱激发材料其抗酸性较差，但有较强的抗碱、氯盐及硫酸盐能力，在自然环境中，试块强度有所降低但依然保持了很高的强度，重金属浸出量增加但对生态没有影响，可见碱激发材料固化飞灰中重金属具有长期稳定性，有一定的实际使用价值，可以为碱激发材料的实际利用及垃圾焚烧飞灰的资源化提供参考。第一章前言1.1课题的背景及来源社会经济的飞速发展，满足了人类的物质、精神需求，但其带来的种种问题，也越来越受到人们的关注。“先发展，后治理”所带来的后果成为一记久久萦绕在

6、现代人心头的警钟，让人们意识到，不光要立足当下，还要放眼未来。中国作为发展中的大国，面临着严重的资源短缺与环境污染问题。历史累积以及发展代谢使得中国面临的治污形势日益严峻。实现社会可持续发展的工作中，固体废弃物的处理是其中极其重要的环节。随着我国经济的快速增长和城市化进程的不断加快，城市生活垃圾也出现了持续快速增长。从1986到2008年间我国城市生活垃圾年清运量从5030万t逐年增长到15438万t，预计到2030年中国城市垃圾年产量将达到4.09亿t[1]。统计数据显示，目前全国城市生活垃圾历年堆放总量

7、高达70亿t，而且产生量每年以约8.98%的速度递增[2]。垃圾的污染问题已经对环境和人类构成了严重的威胁，生活垃圾处置不当不仅会影响城市美观，造成视觉污染，还会污染土壤、河流，也会通过食物链的累积作用对高等生物体产生严重危害，最终影响人类健康。因此，无论是从环境的角度还是人类社会自身的发展角度都迫切需要解决城市生活垃圾的处置问题。目前，世界上通行的生活垃圾处置方式主要有填埋、焚烧和综合利用。我国多数城市处理垃圾仍把填埋作为首选方式，据了解北京现有17个填埋场和5个生化处理厂，填埋的垃圾比例高达70%，每年

8、消耗约500亩土地。这不仅造成土地资源的巨大浪费和破坏，而且还导致大气污染、水污染等二次严重污染。与填埋法相比，焚烧法处置生活垃圾可使垃圾减容90%，减重75%，可以杀死所有的病原微生物和寄生虫卵，产生的热能可以回收利用，烟气中的有害气体经处理达标后可以直接排放，能够最大限度地实现生活垃圾的减量化、无害化和资源化。由于焚烧法可以持续、稳定、安全、可靠地消纳大量的城市生活垃圾，改善居住环境，因此欧洲、日本等发达国家