微生物固化垃圾焚烧灰渣试验研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liveonmountain
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垃圾焚烧灰渣(底渣和飞灰)是生活垃圾焚烧发电后的残余固体废弃物,固化处理和资源化利用,是减少该类固体废弃物占用填埋场资源的重要途径。微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术作为一种绿色环保的新技术,它具有生物相容性高、污染少等特点,近些年来得到广泛的关注并取得了快速的发展,并尝试将其引入到垃圾焚烧灰渣的固化处理中。本文以江苏省无锡市某垃圾焚烧发电厂的底渣(底渣中的细粒组分)和飞灰为研究对象,采用巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)为试验菌种,开展了基于微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)固化灰渣的试验研究。首先测试分析了底渣和飞灰的颗粒级配和理化特性,测定了它们的重金属含量及重金属浸出毒性。然后通过微生物注浆研究了不同菌液浓度、胶结液浓度和处理轮数对垃圾焚烧灰渣(底渣和飞灰)固化体的无侧限抗压强度、CaCO3生成量的影响,来评估该处理方法的的可行性和有效性。最后通过采用拌菌注浆方式,以经微生物固化后的铅污染垃圾焚烧灰渣试样为研究对象,着重探究固化污染灰渣中重金属铅离子的淋滤特性及试样的强度特征。具体研究成果如下:(1)垃圾焚烧灰渣的物化特性、土工特性及重金属浸出毒性。通过电镜扫描(SEM)发现,底渣和飞灰两者的整体粒径相对较小,颗粒表面凹凸不平,比表面积较大;XRD图谱分析发现,底渣和飞灰的主要矿物成分都是石英(SiO2)及含有一定量的赤铁矿(Fe2O3),推断其具有一定的遇水胶凝的火山灰活性特征;采用微波消解法测定底渣和飞灰中的五种重金属离子Cu、Cd、Cr、Zn、Pb的含量;采用水平震荡法分析垃圾焚烧灰渣中的重金属浸出毒性结果发现,底渣和飞灰中重金属Pb2+浸出液浓度均超出了GB16889-2008的限值;由土的颗粒分析试验分析发现,底渣和飞灰的颗粒级配分别接近于粉土和黏土;此外由渗透试验发现,底渣和飞灰的渗透系数为分别为6.640×10-7 cm/s和5.40×10-88 cm/s,其中底渣的渗透系数接近于粉质黏土,而飞灰的渗透系数则属于黏土范畴。(2)垃圾焚烧底渣和飞灰都具有一定的水硬性,底渣和飞灰的水硬固化体的无侧限抗压强度分别为174.46kPa和381.73kPa。采用未稀释菌液注浆底渣和飞灰试样时,易出现试样断层和注浆堵塞的问题,固化效果较差。而稀释比1:50的A菌液则比1:100的B菌液更利于底渣和飞灰胶结强度的提高。固化底渣和飞灰的强度随胶结液浓度和注浆轮数增加而提高。底渣经微生物注浆A菌液处理2至10轮后的无侧限抗压强度较处理前分别提高了41.8%至181.7%;经微生物注浆B菌液处理2至10轮后的无侧限抗压强度较处理前则分别提高了35.8%至120.0%;飞灰经微生物注浆A菌液处理2至10轮后的无侧限抗压强度较处理前分别提高了11.2%至55.0%;经微生物注浆B菌液处理2至10轮后的无侧限抗压强度较处理前则分别提高了9.5%至48.8%。微生物固化在改善垃圾焚烧灰渣强度特性上是有效的。此外,固化底渣和飞灰的无侧限抗压强度与其内部微生物诱导产生的CaCO3含量之间呈正相关。(3)经MICP拌菌处理后的不同掺铅比例的底渣和飞灰试样,在强度和CaCO3生成量得到显著提高的同时,同样能够大幅降低重金属Pb的淋滤毒性,但高浓度的铅污染物含量在一定程度上抑制了底渣和飞灰无侧限抗压强度及CaCO3生成量的增长。
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