用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价

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用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价

2()08.No.6

ok礅麓袋麓麓麓醺襄嚣螬麓礴鞫赣胬礴赣麓警舅舞蕾麓岛曩圈■嗣■■■————————————————●●■■———————————■■■■———●●■—●●■■■_

扣渗倒刚了

一1一

用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的

环境安全性评价

(1.华南理工大学材料学院,广东广州

健1,吴笑梅L2,樊粤明L2,谢燕1

510640)

510640;2.华南理工大学特种材料教育部重点实验室,广东广州

摘要:通过水泥制品的重金属极限溶出与表面浸渍试验,对生活垃圾焚烧炉渣制备的水泥其制品环境安全性进行了评价。试验结果表明:水泥浆体对炉渣带入的重金属有较强的固化作用。垃圾焚烧炉渣做水泥混合材制备的水泥其制品中重金属的极限溶出与表面浸渍溶出均能达到Ⅲ类地表水的要求,制品碳化后重金属的极限溶出可达到V类地表水要求;垃圾焚烧炉渣作为生料原料之一制备水泥熟料,当炉渣掺量为5%时,其制品中重金属的极限溶出与表面浸渍溶出均能达到Ⅲ类地表水的要求。

关键词:垃圾焚烧炉渣;重金属;浸出毒性;水泥制品;环境安全性

Abstract:Theenvironmentsafetyformunicipalsolidboundary

leaching

toxicity

were

waste(MSW)incinerationbottomash

of

heavymetals

of

cement

was

evaluatedbymeansof

h,dy.The

testof

andsurface

leachingtoxicity

solidification

as

results

or

showedthatthere

raw

feWofheavymetalsleachingofthecementproductionusingbottomash

cementadmixture

andclassV

meals.theleachingsolutioncouldreachtheclassIIIenvironmentalqualitystandardsforsurface

water

after

carbonizationofcement

production;Whenthereplacementofcement

water.

was

5%.theleachingsolutioncouldreachtheclassIII

environmentalqualitystandardsforSurface

Keywords:incinerationslagofmunicipalsolidwaste;heavymetal;leachingtoxicity;cementproduction;environmentFirst

author"s

address:School

of

Materials

Science

and

Engineering

of

South

China

University

of

safety

Technology,

Guangzhou510640,Guangdong,China

中图分类号:X781.5文献标识码:A文章编号:1002—9877(2008)06—0001—05

引言

城市生活垃圾焚烧发电后残余的炉渣(以下简称

1试验材料与方法

1.1试验材料

1)炉渣取自广州李坑垃圾焚烧发电厂。原状炉渣呈黑褐色,风干后为灰色。含水率为10%~20%;将原状炉渣烘干后在实验室小磨中粉磨到比表面积(380___lO)m2/kg备用。水泥样品为珠江水泥厂生产的熟料在实验室小磨中粉磨至比表面积(380_+lO)mZ/kg的P-I水泥。炉渣与水泥样品的化学组成、重金属含量分别见表1、表2。

表1原材料的化学组成

原材料

P I水泥炉渣

Si0219.84

炉渣),由于富含一定量的重金属元素,在填埋处理或资源化利用不当时,其渗滤液会对地表水造成严蓖的二次污染。炉渣的化学成分与水泥原料较为接近,用于水泥生产一方面可减少水泥工业对天然资源的消耗,另一方面炉渣中有毒有害的组分可以在水泥生产过程或水泥使用过程中得到分解或固化11I。本课题是为安全、经济地解决广州市生活垃圾焚烧炉渣的资源化利用问题,与广州市珠江水泥有限公司共同承担的广州市环保局科技攻关项目。本文重点对用垃圾焚烧炉渣制备的水泥制品中重金属溶出的安全性进行研究和评价。

Na200.08

S033.20

Cl

A1203Fe203

4.97

4.72

CaO

MgO0.92

K20

0.47

63.35

53.553.563.0714.341.061.69O.671.840.486

表2重金属含量

名称P I水泥

炉渣

As

Ba

Cd

Cr

CU157.4642

Mn

Ni

Pb394.893

m非g

Zn292.4669

22.1357340.86022.8594278.8408l598.79940.4753

16.89806.17O.55593.83549.14668.7627.33323.451696.75

掺烧炉渣水泥

1010.7097,76963.7007423.135335.52637.1352.26918.681001.20

基金项目:水泥厂协同无害化处理垃圾焚烧炉渣的技术研究(B09一B2070040)

用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价

一2一

扣渗硎邮

t“。

2008.N。.6

■■●—■●■■■—■■■●—●————■●●—————●————■—■——●■■■——————■—■———■■————■—霸瞄蛐蛹黼麟黼蜘糍蝴嬲础薅秽∽桃擤r

2)掺烧炉渣水泥:把炉渣掺人工业生料中,调整

配料率值为朋=0.90,n=2.0,氏1.1,在实验室电炉中

煅烧而成,煅烧温度14500C,保温45min,出炉后熟料在风扇下冷却至室温,熟料在实验室小磨中粉磨至比表面积(380±10)m2/kg的P I水泥备用。

3)试验样品为按照GB,I'177—85成型的胶砂试件,标准养护28d,其材料组成及处理条件见表3。

表3试验样品材料组成与处理条件

样品编号

材料组成

处理条件试验方法

100%P I水泥

15%炉渣+85%P I水泥

标准养护28d

40%炉渣+60%P I水泥4

80%炉渣+20%P I水泥

100%炉渣

直接振荡

100%P I水泥

重金属极限溶出

15%炉渣+85%F I水泥标准养护28d后8

40%炉渣+60%P I水泥完全碳化处理

80%炉渣+20%P I水泥10

5%炉渣+95%掺烧炉渣水泥标准养护28dll

5%炉渣+95%掺烧炉渣水泥标准养护28d后完全碳化处理12

15%炉渣+85%P I水泥

标准养护28d

重金属表面13

5%炉渣+95%掺烧炉渣水泥

浸渍溶出

1.2试验方法

1)炉渣的化学组成采用波长色散X射线荧光光谱仪(XRF)分析,仪器型号PANalytical

Axios。

2)重金属的检测。固体样品先用微波消解仪消解,然后采用美国热电公司生产的IRIS全谱直读等离子体发射光谱仪进行分析。

3)重金属的极限溶出试验采用GB5086.2一1997《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》。浸取液为pH为3.20±0.05的浓硫酸和浓硝酸的混合液(浓HzSO。:HNO,质量比=2:1)圆。浸出率的计算公式为:

艮等×100%

式中:

P_浸出率,%;

Ⅳ.一浸出液中重金属的质量,mg;

争一试件中重金属的总质量,mg。

4)完全碳化处理。把已经过筛的试件颗粒放人一

个密闭的容器中,往其中通CO:气体,一段时间后随机取出一些样品,用锤子砸碎后滴加1%酒精酚酞试剂,如颗粒没有颜色反应则表明完全碳化,40。C真空干燥后备用。

5)重金属表面浸渍试验参照GB7023--86(放射性废物固化体长期浸出试验》。按照GB厂r177一1985成型试件,在温度20℃,相对湿度>95%条件下养护28d后把试件上下端面用0号砂纸磨光,使其成为规则的长方体。将固化体放置于圆柱形瓶中,固化体表面积与浸出剂体积比为l:10cm一,使其完全浸没在浸出剂中,浸出剂采用的是去离子水。分别测试周期为

3、7、28、60d的浸出质量浓度,按浸出率计算公式计算出固化体不同浸出周期的表面浸出率。表面浸出率的计算公式为:

R序∞缸/A(F/V)to]

式中:

Ai.,-第凡浸出周期浸出的第i组分的质量,g;

尺i厂一第/7,浸出周期第i组分的浸出率,cm/d;

A厂第i组分的初始质量,g;

卜试样与浸出剂接触的几何表面积,cm2;

t,r第n浸出周期的持续天数,d。

y——固化体试样的体积,cm3;

2试验结果与讨论

2.1重金属的极限溶出情况

各试验样品的重金属极限溶出情况见图1~图5和表4。

1.O’

0.9_未碳化口碳化

0.8

I类地表水水质标准

O.7星

0.60.5倒0.4疑

0.30.20.1O

;_].盯.I].].

O.15

毫0.10

龚0.05

15

40

80

100

炉渣掺量,%

图2Cr的溶出情况

用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价

2008.No.6黄健。等:用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价一3一

1.O0.90.8

O.70.6蕃

O.50.4鸯壬

0.30.2O.1O

图3

Cu的溶出情况

I未碳化r-q碳化

100908善

0706蕃

0504蠖

0302Ol0

图4

Pb的溶出情况

_未碳化r-----q碳化

IⅡ类地表水标准

1.00.9

0.8毫

0.70星

60.5憾0.4氍

0.30.20.10

图5Zn的溶出情况

由图1~图5和表4可以看到,对于Ba、Cr、Cu、Pb和Zn来说,随着炉渣掺量从0%至100%,其浸出浓度不断上升;在炉渣掺量小于80%的时候重金属的浸出都比较低,但是到达80%掺量以后它们的溶出有一个较大的升高,说明只需要20%的水泥就能较好地固化重金属。水泥基体对重金属的固化机理主要有物理包裹、物理吸附、复分解沉淀和同晶置换等方式12,.31,由于水泥掺量不断下降,水泥的相关固化能力也相应下降,从而导致重金属的溶出增加。同时从图6和图7可以看到,用水泥基体固化垃圾焚烧炉渣的固化效果十分明显,当炉渣掺量小于80%时,除了Ba以外其他元素的浸出率都低于2%。

碳化处理后水泥的固化能力大幅下降,原来包裹于水泥基体中的重金属元素在振荡过程中释放到浸出液中,所以相比于未碳化的制品,其重金属的浸出浓度要高。另一方面,碳化处理后水泥基体的C—S—H

凝胶被破坏,使得原来固化于C—S—H层状结构的重

金属得到释放,重金属的溶出增大[41。

表4水泥胶砂制品的重金属浸出浓度(mg,L)及浸出率(%)样品

元素Ba

Cd

Cr

CUPb

Zn浸出浓度

0.3015

0.00480.0088

0.0476

0.0468

1号

浸出率7.08

0.140.450.961.28

浸出浓度

0.36770.00630.0112O.04160.06872号

浸出率

7.16

0.15

0.41

0.87

1.09

浸出浓度

0.44930.0077O.0537O.04190.071

3号

浸出率

6.820.151.370.90

0.66

浸出浓度

0.6630O.01120.0879

O.07070.0844号

浸出率7.44

O.17

1.49

1.67

0.47

浸出浓度

4.14O.11572_36460.8493

O.1834

5号

浸出率lO.28O.398.615.250.22浸出浓度

0.3692

O.0054

0.0103

O.0612

0.0732

6号

浸出率

8.67o.150.521.242.oo

浸出浓度0.4509

0.00780.015

30.06350.0752

7号

浸出率8.78

0.19

0,57

lJ321,20浸出浓度

0.46300.0099O.0552

O.0605

0.0800

8号

浸出率7.020.201.4l1_32O.75

浸出浓度

0.4883

0.01520.09050.08770.09389号

浸出率5.48

0.23

1.54

2.08

0.53

浸出浓度

O.0977O.0023

0.00750.0527

10号

浸出率4.oo0.02

0.090.21

浸出浓度

0.1171

O.0067

O.【)091

0.0502

11号

浸出率

4.790.06

0.11

O.20

危险废物浸出毒性标准(2007)1001

15

1005100

I类地表水0.7O.00l

0.010.010.Ol

O.Ol

Ⅱ类地表水O.7O.005

0.05

1.0O.01

1.OⅢ类地表水O.7

O.005O.05

1.0

O.05

l-O

Ⅳ类地表水O.70.005

0.05

l_OO.05

2.0

V类地表水O.70.01

O.1

1.O0.1

2.O

卫生饮用水标准

0.70.005

O.051.O0.011.0

注:“一”表不仪器未能检测到。

由表4比较,10号样品重金属的浸出率明显要比1-4号的浸出率要低。用炉渣掺烧水泥后,部分重金属元素挥发掉,而一些难挥发的元素可能就固溶于水泥熟料矿物中,从而达到较好的固化效果;同时在水泥水化过程中,水泥基体对重金属有物理包裹的作用,所以其振荡液的重金属浓度比较低,Pb甚至都没有检测出。比较11号样品和6—9号样品,可以得到同

用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价

一4一

枷渗CEMENT

2008.N。.6

■■■■●●—■■■—●—■—■●————●———●■●●●—————————————■—■■—■麓翻离瞄疆醴嘲躐鞠■——翻稿嘣嘲嘲翻喇嘲嘴鞠鞘黼蛹嘲嬲㈣躺黼Ⅳ斟§微州嘶“}州p

样的结果。

用GB3838--2002《地表水环境质量标准》、GB5749--2006《生活饮用水卫生标准》和GB5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》来评定水泥制品的重金属溶出情况。由表4可以看到,水泥制品的重金属浸出浓度大大低于危险废物浸出毒性标准,即使100%炉渣的浸出液也没有超过危险废物浸出毒性阈值。

可以看到,1~3号样品的浸出液水质标准已经能够达到Ⅲ类地表水标准,而4号样品的浸出液水质标准也能够达到V类地表水标准,水质主要是受到Pb元素的影响,碳化处理后的6~9号样品由于Pb元

图6样品的浸出率(未碳化处理)

素的限制,只能够达到V类地表水标准;掺烧炉渣的样品10号和11号由于水泥熟料矿物较好的固化效果,其浸出液的重金属含量可以达到Ⅱ类地表水水质标准和卫生饮用水标准,因此可以使用炉渣掺烧的水泥来制作水管、水槽等蓄水设施。2.2重金属的表面浸渍溶出情况

12和13号样品表面浸渍试验结果见表5、表6。用表面浸出率来衡量固化体单位时间的浸出速度,表面浸出率越大,说明在这个周期浸出速率也越大。由表5可以看到,对于以上几种元素(除Cu外),在早期0~3d重金属的表面浸出率最大,占到总浸出率的40%~70%,3~7d次之,也占到总浸出率的20%一40%。所以,在0~7d内,重金属的溶出最

表5

12号样品重金属表面浸出

浸出率/(10-4em/d)

各浸出周期浸出率所占百分比/%

28~6【)d

0^,3d64.91

10

褂丑l姑4

芝6

15

40

80

炉渣掺量慌

图7样品的浸出率(碳化处理后)

浸出质量浓度/(mg/L)

重金属

O~3d

3-7d

7—28d

0.07

28~60dO~3d

952.95

3~7d

335.72

7—28d3~7d

22.87

7-28d28~60d

Ba0.0760.03570.0459

O.(K)【15

125.3953.9611.94

8.543.68

CdO.()(J04O.0002

O.0133

0.0003101.8831.60

38-2010.9l4.18

62.5323.456.707.32

Cr0.0161

O.00l6

O.0149

0.()(196

0.01619.5816.43

2.9454.2033.58

64.42

4.405.05

CuO.00740.00l

O.0026

4.744.06O.2818.574.651.09

Pb

Zn

0.02000.0590

0.0220

0.0592

O.00900.0755

33.3227.49

51.95

2.140.4152.5943-392.17

0.64

4.55

0.058l69.0312.626.3749.3237.1l11.97

表6

浸出质量浓度“m∥L)

重金属

O-3d

3~7d

13号样品重金属表面浸出

浸出率/00%m/d)

各浸出周期浸出率所占百分比/%

28—6【)d

7—28d

O.0403

28~60dO~3d

294.08

3~7d7~28d0~3d

61.3l

3~7d27.63

7~28d7.86

3.18

28—60d3.20

Ba0.0449

0.()【)02

0.0270.025

0.000l0.0125

132.54

38.9127.96

37.7l2.47

15.36

1.62

Cd

Cr

0.00030.000134.60

34.86

44.5950,142.09

0.023l

0.0066

O.02470.0220.0027

4.751.7750.2740.326.852.56

CuPb

O.0275

0.014

0.00112.5939.340.740.18

0.07

23.8274.45139

2.93

0.34

0.022l0.0827

O.0069

0.052

0.00l15.407.3l0.6965.6231.18O.28

ZnO.07850.054152.8637.634.753.2453.6838.2l4.823.29

用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价

2008.No.6

黄健。等:用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价一5一

、,m}鼢臻黼礅礅糍蜷蟪静餐鹭岛簟籀簧嗣圈曩■■—■■●■———■—■■■■●■——————■■■——■■————■●■●●■■_

快,占到总浸出量的80%-90%。同样由表6可以看到,试件中重金属的溶出主要集中在早期(o~7d)。对比表5和表6,13号样品的表面浸出率明显要小于12号样品,这说明炉渣通过水泥窑炉煅烧后水泥熟料系统对重金属的固化有效果,因此13号样品的表面浸出率要小,且前7d重金属的浸出量多占总浸出量的90%以上。这是因为样品固化体中重金属的表面浸出主要有两种情况,一种是随固化体体系中水分的蒸发而迁移到固化体表面,另一种是固化体表面的机械固封作用弱,在浸渍过程中固化体与环境中的水接触,因固化体中重金属离子与环境中水中存在有浓度差,并伴随固一液界面反应,表层的重金属离子逐渐扩散出来,因此浸出速率较快,造成固化体在浸泡早期表面浸出率较高阁。在浸泡的后期,随着表面重金属的溶解,浸出过程逐步转到固化体内部通过毛细管的扩散过程,同时伴随着水泥水化的不断深入,固化体的密实性得到了加强,因此水分在水泥固化体中的渗透更加缓慢,从而造成试件在后期的溶出速度变慢,在达到稳定后,重金属的浸出质量浓度增加趋于平缓。对于12号和13号水泥制品0~3d、3-7d龄期重金属浸渍液,能够达到Ⅲ类地表水标准;7-28d、28~60d龄期重金属浸渍液能够达到Ⅱ类地表水标准。所以可以看到,水泥基体对重金属的固化效果良好,在浸渍过程中重金属的溶出行为主要是在早期进行。

3结论

1)垃圾焚烧炉渣用于制备水泥其制品的重金属极限溶出,在炉渣做混合材掺量不超过40%条件下其制品的重金属浸出液可以达到Ⅲ类地表水标准,水泥基体对重金属有较强的固化作用。

2)垃圾焚烧炉渣用于制备水泥其制品的重金属表面浸渍溶出,炉渣做混合材掺量为15%水泥和5%炉渣加掺烧炉渣水泥,其制品的重金属浸渍溶出单周期能够达到地表水Ⅲ类标准。

3)用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品对重金属固化效果良好,炉渣能够在水泥工业中无害化处理掉。参考文献:

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A.Anand

infrared

spectroscopic

examination

types

ofV

eementbasedandIP

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systems-Portland

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(编辑蔡成军)

行业动态

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殊轴承单元提供修复和修理服务。主要工作是对损坏轴承部件的清洗、检验、分析和抛光,视需要磨削轴承滚道,轴承保持架再加工,视需要更换新的轴承滚动体,防锈保护等。并对修

复的产品提供12个月的保修期。

对损坏的零部件的修复和再制造,延长了设备的使用寿命,而且其成本和所需时间远远低于购买新品,特别是对于需

进口的轴承零部件。

对中进行改良,使风机运行噪声更小,热量和振动更小,运行

更稳定。

总的目的是减少维护和停机时间,提高风机的性能,消耗

(胡如进)

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/zcnj.html

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