论文部分内容阅读
随着城市生活垃圾产量不断增加,焚烧技术因具有减容减量等显著特点正成为主流垃圾处理技术。然而生活垃圾焚烧处理过程会产生20%-30%的灰渣。炉渣作为焚烧灰渣的主要组成部分,占据了灰渣量的80%左右,如何合理的对焚烧炉渣处理处置成为我国焚烧产业面临的新问题。以上海某生活垃圾焚烧发电厂的焚烧炉渣和湿法处理后的炉渣集料为研究对象,首先采用重型击实试验、改进的BCR法等试验方法,通过X射线荧光分析仪（XRF）、X射线衍射分析仪（XRD）和电感耦合等离子质谱仪（ICP）等测试技术,对焚烧炉渣基本特性表征分析,主要包括粒径级配分布、元素分布、重金属含量及形态分布等,为选择合理的资源化利用方式提供理论依据。研究表明,焚烧炉渣满足《公路路基设计规范》要求,是一种级配良好的砾类土,可用作路基填料使用;炉渣主要矿物组成为Si O2,Ca CO3和Ca Al Si2O8（4H2O）,湿法处理降低了炉渣中Si O2和Ca CO3的衍射峰强度;炉渣中含量较高的三种重金属分别为Zn>Cu>Ni,且0-5 mm粒径炉渣组分中重金属含量最高;焚烧炉渣中重金属大部分以残渣态形式存在（约50%以上）,该形态重金属一般被固定在硅酸盐结构中,说明在自然条件下炉渣中重金属特性相对较稳定。采用批量毒性浸出试验、雨水自然淋滤柱浸出模拟等试验方法,探究单一变量下炉渣路用集料在短期和长期淋滤条件下典型重金属Cu、Zn等浸出规律及其动力学特性。分析表明,焚烧炉渣可作为一般固体废弃物处置,但其重金属浸出浓度已经不同程度地超过了V类地表水标准限值（Pb:0.1mg/L;Cu:1.0mg/L;Zn:2.0mg/L）;对于液固比（L/S<15:1）、温度（20℃、30℃、40℃）对重金属浸出水平影响分析中,重金属浸出量均与之呈正比;酸性浸出条件下,p H值减小利于重金属浸出;炉渣在纯水环境中Zn和Cu的浸出速率方程可以用Elovich方程和幂函数方程来描述,浸出过程中主要控速步骤为内扩散控制。通过Arrhenius图得到,Zn浸出表观活化能为38.4 k J/mol,Cu为19.6 k J/mol,这说明炉渣中Cu比Zn更容易浸出;0-5 mm炉渣可浸出重金属水平较5-10 mm的要高,建议在满足路基强度要求的同时用5-10 mm粒径组分的炉渣进行回填使用,同时路堤边坡应采取防渗措施,减小长期使用时炉渣对环境的污染危害;进行柱淋滤试验发现,湿法处理后的集料浸出液中Cu和Zn浓度远低于原生炉渣,集料中Cu浸出的最高浓度仅为原生炉渣中的1/10,甚至更小,这也说明了湿法工艺处理能够降低炉渣重金属浸出水平;不同p H值（p H=1或3或5）影响分析表明,雨水淋滤5-10 mm原生炉渣时,p H=5情况下Cu累积浸出率最高,可见自然酸雨条件下炉渣中重金属的浸出污染最严重。最后,联合应用Geostudio软件中的SEEP/W模块和CTRAN/W模块模拟自然降雨条件下炉渣柱淋滤试验,发现模型能够较好的反应土柱重金属的浸出情况。在此基础上,建立炉渣填料实际路基物理模型,仿真结果表明,炉渣使用11年后重金属Cu溶出浓度峰值大约位于地基以下1 m处,为138 g/m3,污染物横向扩散距离为0.75 m,且Cu浓度均小于《土壤环境质量标准》二级标准限值。