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活性炭对医疗垃圾焚烧飞灰水泥固化的影响

2011-02-12 23:12 环卫科技网 作者:刘汉桥 魏国侠 张曙光

摘要:对医疗垃圾焚烧飞灰(FA)及其灼烧灰(IFA)进行水泥固化实验研究,考察了飞灰中活性炭对水泥固化体凝结时间、抗压强度、重金属浸出毒性等的影响。结果表明,掺60%FA的水泥固化体终凝时间长达63h,超出48h的限值,相同IFA配比下水泥固化体终凝时间低于该值;掺40%和60%FA的水泥固化体7d的抗压强分别仅为0.187和0.16MPa,低于0.2MPa的标准,但2种IFA配比下水泥固化体的抗压强度均达标;掺40%和60%FA的水泥固化体中Pb的渗沥浓度分别为5.634和6.032mg/L,均超过5mg/L的限值,而掺60%IFA的水泥固化体Pb渗沥浓度超过限值。结果证实医疗垃圾焚烧飞灰中活性炭是导致水泥固化体凝结时间延长、抗压强度降低、重金属渗沥浓度升高的主要原因。
关键词:医疗垃圾;飞灰;活性炭;水泥;固化
1前言
我国医疗垃圾焚烧布袋飞灰中Pb、Cd、Zn等重金属的浸出液浓度均远超过危险废物填埋标准[1,2],需经预处理后方能最终填埋。我国明确规定垃圾焚烧飞灰预处理采用水泥固化法[3]。大量研究[4−7]表明,生活垃圾焚烧飞灰的水泥固化体中水泥掺量宜为40%以下。医疗垃圾焚烧飞灰与生活垃圾焚烧飞灰在成分上有很大区别,尤其是前者热灼减率高[8],主要原因是医疗垃圾焚烧厂的大气污染排放物浓度标准更加严格[3,9],为降低排放尾气中的二恶英(PCDD/Fs)、重金属等污染物,在布袋除尘器前喷入大量活性炭,这些吸附二恶英、重金属的活性炭大部分被转移到布袋飞灰中。经扫描电镜及能谱分析发现,飞灰中存在高含量的C元素的絮状物[10],进一步证实飞灰中活性炭粉是导致飞灰高灼减率的主要原因。国外关于活性炭对水泥固化影响有相近报道,His等[11]的研究表明,飞灰中活性炭的存在有利于降低填埋时二恶英的渗沥性,Vikram等[12]证实活性炭有利于苯酚吸附在水泥固化体上,Poona等[13]却发现含炭量高的飞灰的水泥固化体在养生初期的水化速率较低。但有关灰中活性炭对水泥固化体中重金属渗沥的影响鲜有报道。
本工作比较了医疗垃圾焚烧布袋飞灰及灼烧去除活性炭等可燃物后灰样的水泥固化体凝结时间、抗压强度、重金属浸出毒性,考察活性炭对水泥固化的影响。
2材料及方法
2.1实验用原料
飞灰样品取自沈阳危险废物焚烧中心的15t/d回转窑医疗垃圾焚烧炉[1],回转窑后二燃室的温度在1100℃以上,且烟气在二燃室停留时间在2s以上,可使二恶英彻底分解及可燃物充分燃烬。该炉空气污染控制装置依次为急冷塔、半干法除酸塔、喷活性炭和石灰粉装置、布袋除尘器,其炉型和烟气净化系统具有广泛的代表性。本工作的实验物料取自焚烧炉的布袋除尘器排灰口,称为飞灰(Fly Ash,FA),灰样在连续稳定运行的一周内采集,热灼减率为31.2%[1]。飞灰经(600±25)℃灼烧3h后,去除活性炭等可燃物[14],灼烧后的灰样为灼烧灰(Incineration Fly Ash,IFA),FA和IFA中重金属含量及热灼减率如表1所示。固化用水泥为325#普通硅酸盐水泥(Ordinary Portl and Cement,OPC),化学成分见表2。
表1灰中重金属含量与热灼减率

表2水泥的化学组成

2.2实验方法及测试仪器
将FA与水泥按一定质量比混合,FA分别占10%、20%、30%、40%、60%(记为F10、F20、F30、F40、F60),相同IFA配比制得的固化体分别为IF10、IF20、IF30、IF40、IF60)。灰和水泥混合均匀后,根据测量标准稠度加入去离子水,搅拌3min,将搅拌均匀的混合物料注入40mm×40mm×40mm的试模中,振实后在室温下养生24h,成型后脱模并将试体放入(20±2)℃、湿度大于90%的恒温恒湿箱中分别养护3、7、14和28d,拆模取出试样,测量无侧压抗压强度。破碎后的试块浸入无水乙醇−丙酮的混合液中洗涤,结束其水化反应,然后在70∼80℃的烘箱中放置4h,烘干后破碎到相应粒度,进行重金属渗沥浓度测试。
凝结时间测量采用GB/T1346-2001水泥标准稠度凝结时间测定仪,无侧压抗压强度测试采用液压式YE-300型压力实验机,重金属渗沥浓度采用美国环保署(EPA)的1311方法(废物毒性特性浸出程序,ToxicityCharacteristicLeachingProcedure,TCLP)测试。
3实验结果与分析
3.1活性炭对水泥固化体凝结时间的影响
掺不同量FA和IFA的水泥混合物的凝结时间如图1所示。F10、F20、F30、F40、F60对应的水泥终凝时间分别为11、14.5、22、44、63h,而IF10、IF20、IF30、IF40、IF60对应的终凝时间分别为9、12、17、29、45h。意大利等国家规定飞灰水泥固化体终凝时间应低于48h[15]、F60水泥固化体的凝结时间超过该值,而IF60的凝结时间低于该值。

图1固化体凝结时间

来源:互联网

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