城市生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化机制及活性矿物水化产物表征

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1、学校代码：10255学号：1109155东华大学博士学位论文城市生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化机制及活性矿物水化产物表征Solidification/stabilizationofmunicipalsolidwasteincinerationflyashandthecharacterizationofactivemineralhydrationproducts学科专业：环境工程作者姓名：李新颖指导教师：陈泉源答辩日期：2015年4月30日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行

2、研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学博士学位论文摘要城市生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化机制及活性矿物水化产物表征摘要城市生活垃圾焚烧飞灰因重金属浸出毒性超标而被列为危险固体废物。飞灰固化稳定化是一种相对经济的处理方法，本文比较了铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸三钙、硅粉、偏高岭土对飞灰的固化稳定化效果，研究了这些体系的水化特性及重金属、无机盐和有机物的浸出行为

3、，对垃圾焚烧飞灰固化稳定化提供科学依据。活性矿物对固化体抗压强度的贡献从大到小依次是硅粉、偏高岭土、铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸三钙。抗压强度和C–S–H凝胶的平均链长正相关。XRD、DTA-TG和NMR结果表明，掺加不同活性矿物生成的水化产物差异很大，铝酸盐水泥/飞灰固化体水化产物为C–S–H凝胶、钙矾石、低硫型硫铝酸钙、Friedel盐、水化铝酸钙和硅灰石膏；硅酸盐水泥/飞灰固化体水化产物为C–S–H凝胶、钙矾石、Friedel盐、Ca(OH)2和硅灰石膏；铝酸三钙/飞灰固化体水化产物为C–S–H凝胶、钙矾石、低硫型硫铝酸钙、Friedel盐和硅

4、灰石膏；硅粉/飞灰固化体水化产物为C–S–H凝胶、钙矾石和硅灰石膏，但高温蒸汽养护固化体水化产物为C–S–H凝胶；偏高岭土/飞灰碱激发固化体水化产物为C–S–H凝胶和地聚物。飞灰中Pb的浸出毒性超出了危险废物鉴别标准和危险废物填埋污染控制标准5mg/L，浸出液pH为12.5。重金属Cu、Pb和Zn的固化效果对比研究表明，硅酸盐水泥/飞灰固化体（OPC-20）对重金属的化学稳定作用在养护前7d完成，7d~135d固化效果基本持平；铝酸盐水泥/飞灰固化体（CAC-20）在养护7d时对重金属的固化效果略优于OPC-20，养护7d~135d重金属浸出浓度逐渐

5、下降，固化效I东华大学博士学位论文摘要果渐佳；硅粉/飞灰固化体（SF-20）在养护135d后固化效果优于其他固化体；高温蒸汽养护加速了火山灰反应，硅粉/飞灰高温蒸汽养护固化体（SF-W-20）在养护31d时达到了硅粉/飞灰固化体（SF-20）养护135d的固化效果；偏高岭土/飞灰碱激发固化体（MK-15）养护1年内对Pb的固化效果次于掺加硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硅粉的固化体；铝酸三钙/飞灰固化体（CAC-20）对重金属的固化效果最差。活性矿物掺量<20%时，Cd的浸出浓度低于检出限，Pb、Cu和Zn的浸出浓度随着活性矿物掺加量的增加而降低，随着养护时

6、间的延长而降低。对比发现，铝酸盐水泥掺量14%~20%养护7d、28d和135d，硅粉掺量10%~20%养护135d，硅粉掺量4%~20%高温蒸汽养护31d的固化体中Pb的浸出毒性和浸出液pH满足危险废物填埋污染控制标准。将定pH浸出实验和VisualMINTEQ模拟计算结合，研究了飞灰中主要元素和重金属的浸出规律。结果表明：与飞灰相比，固化体的Cd、Pb、Cu和Zn浸出曲线不同程度地向低pH值偏移，金属氧化物、氢氧化物和碳酸化合物的模拟浸出浓度高于实际测定浓度，说明在碱性环境下固化体的水化产物对重金属有显著的包容和化学稳定作用。VisualMINT

7、EQ模拟计算结果表明，Al和Ca的浸出主要由溶解/沉淀模型控制；Pb、Cr、Cd、Cu和Zn的浸出由溶解/沉淀模型和表面吸附模型同时控制。通过研究固化体中的水化产物以及阴离子的浸出行为，探讨了固-2-化体中阴离子的固化机制。Cl和SO4的化学固定主要是形成Friedel-盐、钙矾石和低硫型硫铝酸钙，C–S–H凝胶对Cl也有显著的吸附作用。与飞灰相比，固化体浸出液COD和TOC都有不同程度的下降，多环芳烃PAHs的毒性当量显著降低，表明垃圾焚烧飞灰采用活性矿物进行固化稳定化处理对有机污染物也有良好的控制效果。关键词：城市生活垃圾，焚烧飞灰，固化/稳定化

8、，重金属，多环芳烃，水化特性II东华大学博士学位论文ABSTRACTSOLIDIFICATION/STABI