生活垃圾焚烧炉渣性质及处置技术.doc

1、 生活垃圾焚烧炉渣性质
(1) 炉渣物理性能
生活垃圾焚烧炉渣是生活垃圾焚烧副产物, 包含炉排上残留焚烧残渣和从炉排间掉落颗粒物, 呈黑褐色, 原炉渣有刺激性气味, 经过处理后气味减弱。未经处理焚烧炉渣关键由灰渣、 碎玻璃和砖块、 陶瓷碎片、 木屑, 以及少许碎布条、 塑料、 金属制品等物质组成。碎玻璃、 陶瓷碎片等关键来自于工程中建筑垃圾, 但只要其粒径大小不超出5mm, 就不会影响炉渣多孔砖整体性能。金属制品关键来自于大家生活用具, 如易拉罐、 钉子、 铁罐等, 而且其中单质铁会氧化, 产生锈蚀, 影响砖性能。布条、 塑料等物质是因为生活垃圾在焚烧过程中燃烧不够充足而未能去除。
炉渣中还含有极少许有色金属, 在公路基层应用过程中可能会因为和碱反应产生H2而破坏路面, 大颗粒金属可能会损坏施工设备, 对施工危害较大, 应尽可能地除去; 炉渣中可燃物含量较低, 5mm以上颗粒中可燃物含量在0.06~1.34%。可燃物存在不利于资源化利用, 如影响应用时路面长久稳定性, 影响无机结合料与炉渣结合, 而降低材料强度。所以, 该将这些物质尽可能去除。经过预处理炉渣只含有少许碎玻璃、 砖块和陶瓷碎片, 布条、 塑料等有机物几乎全部去除。因为炉渣关键物理组分质地坚硬, 所以作为集料使用时能确保一定强度。
(2) 炉渣含水率、 热灼减率、 堆积密度、 吸水率
因为水淬降温排渣作用, 炉渣含水率约为12.0%~18.9%, 伴随堆积时间、 天气等原因上下波动; 炉渣热灼减率反应垃圾焚烧效果, 通常较低, 为1.57%~3.16%; 炉渣堆积密度在1150kg/m3～1350kg/m3之间, 吸水率为37%左右。说明炉渣是一个多孔轻质材料, 强度不高。
(3) 炉渣粒径分布
炉渣粒径分布较均匀, 关键集中在2~50mm范围内(占60.8%~7.68%), 小于0.074mm颗粒含量在0.06%~1.36%。基础符合道路建材中集料级配要求。
(4) 炉渣化学成份
预处理后炉渣关键化学成份及含量为: 硅35%～50%、 钙7%～15%、 铝3.5%～7.0%、 铁3.0%～6.0%、 钠2.5%～8.0%、 钾1.3%～3.0%、 磷0.7%～3.0%, 不一样地点、 不一样批次炉渣关键化学组成靠近, 由此可认为预处理后炉渣化学成份相对比较稳定。
(5) 炉渣矿物组成
对预处理后炉渣取样进行X衍射, X衍射结果显示, 炉渣关键矿物为石英（Quartz）、 钙长石（Anorthite）、 斜方沸石（Gismondine）, 其她矿物峰比较弱, 含量极少。各矿物衍射峰均比较尖锐, 说明结晶程度较高, 且石英、 钙长石、 斜方沸石水化活性都不高, 据此初步判定炉渣活性不高。炉渣表面很粗糙, 呈不规则角状, 孔隙率较高, 孔隙直径也比较大。炉渣部分位置晶体生长良好, 要为棒状、 针状和粒状晶体, 不过发育不是很均匀, 可能是因为焚烧过程中温度和空气分布不均, 停留时间不一样以及炉渣组分复杂缘故。
(6) 炉渣轻漂物含量
炉渣轻漂物含量进过测试, 炉渣轻漂物含量为0.1%～0.2%, 满足GB/T25032-《生活垃圾焚烧炉渣集料》中轻漂物含量小于0.2%技术要求。以轻漂物含量高炉渣为原料生产制品, 其质量肯定受到负面影响, 因为这些轻漂物不仅增加了需水量, 造成了更多空隙, 还影响界面粘结力。轻漂物含量与发电厂煅烧制度以及炉渣预处理工艺相关。
(7) 炉渣毒性浸出
炉渣有害物质浸出（铅、 镍、 镉、 铬、 砷、 汞、 氰化物）含量远低于GB5085.3-《危险废物判别标准浸出毒性判别》安全浓度限量标准值, 可认为炉渣不属于有毒废物。
(8) 炉渣放射性
对炉渣进行放射性检测, 其检测结果为: 内照射指数IRa在0.30～0.39之间, 外照射指数Ir在0.63～0.68之间。参考GB6566-《建筑材料放射性核素限量标准》要求, 当材料内照射指数、 外照射指数均小于1.0时, 可用于民用、 公用建筑主体结构。
(9) 炉渣二恶英含量
参考HJ77.3-《固体废物二恶英类测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》, 抽取炉渣进行检测, 二恶英总含量为1.706×10ng/kg, 远低于GB16889-《生活垃圾填埋场污染控制标准》中对二恶英含量3.0×103ng/kg要求。
2、 污泥焚烧底灰理化性质及再利用技术
环境保护工程成套有限企业王少波等人经过对两种不一样污泥焚烧底灰粒径、 抗剪、 压缩固结性、 渗透性以及重金属含量等理化性质进行了研究, 并将其与原生污泥性质进行对比, 分析焚烧处理对污泥理化性质影响, 并深入依据焚烧底灰性质, 探索其再利用路径。结果表明污泥焚烧底灰属于砂土, 且抗剪强度较污泥焚烧前有显著增大, 可达76．23～80．03kPa, 金属含量有所超标, 但重金属浸出量均小于对应标准限定值, 可进行路基材料、 CO2 捕集、 填海造陆等再利用。
所用原生污泥、 污泥加煤焚烧底灰、 污泥不加煤焚烧底灰样品起源以下。
(1)原生污泥, 为上海某污水处理厂污泥经105℃烘干后产物;
(2)污泥加煤焚烧底灰(以下简称为加煤底灰), 为未烘干原生污泥与矿化垃圾筛上物、 木屑、 M1脱水剂、 煤粉以100∶10∶5∶5∶20(w/w)混合后在20℃下自然风干5d, 然后制成污泥燃料经900℃焚烧1h后产生残余物;
(3)污泥不加煤底灰(以下简称为不加煤底灰), 同(2), 只是在污泥燃料配比中取消了煤粉添加。
其中, 原生污泥稍有气味, 颜色近似于土黄色; 而加煤底灰和不加煤底灰则均由粉状物和烧结物组成, 无显著气味, 底灰中烧结物质地坚硬, 并呈疏松多孔状态; 粉状物则较为疏松, 渗透性好, 类似于砂土。加煤底灰颜色较黑, 而不加煤底灰颜色偏黄。
(1) 粒径分布
加煤底灰粒径大于2mm颗粒比率为36.%, 而不加煤底灰为25%, 依据《岩土工程勘察规范》(GB50021-94)和《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)相关土分类要求可知, 两种底灰均属于砂土中砾砂。
(2) 抗剪强度
加煤底灰和不加煤底灰抗剪强度显著高于原生污泥, 在垂直压力为50kPa情况下, 原生污泥抗剪强度仅为39.4, 而加煤底灰和不加煤底灰抗剪强度则分别达80.3和76.3kPa。由在相同含水率条件下, 原生污泥凝聚力和内摩擦角分别仅为17.19kPa和24°, 而加煤底灰和不加煤底灰凝聚力和内摩擦角则比原生污泥有显著增大, 分别达成43.93kPa、 35.97°和42.98kPa、 33.76°, 所以对应施工许可坡度也分别提升到了29.17°和27.21°, 由此可知污泥经焚烧处理后, 抗剪性质较原生污泥能有显著增强。
(3) 渗透系数
渗透系数是依据100kPa固结压力下渗透时间而得到。渗透系数由大到小次序为不加煤底灰＞原生污泥＞加煤底灰。由此可知不加煤底灰最为疏松, 透水效果较高; 而加煤底灰颗粒更为致密, 颗粒间空隙更小, 从而透水性较差。
(4) 压缩固结性质
压缩系数、 压缩模量Es及压缩指数Cc可作为反应试样压缩性大小指标, 利用这3种指标表征土样可压缩性。在100～200kPa压力改变下, 不加煤底灰和加煤底灰近似于中压缩土, 而原生污泥则趋近于高压缩土。即污泥经焚烧处理后, 压缩固结性质会较原生污泥有所降低。
(5) 重金属含量
原生污泥重金属含量显著高于加煤底灰和不加煤底灰, 且相对于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)三级标准, 即能够保障农林业生产和植物正常生长土壤临界值, 原生污泥重金属浓度除As外, Zn、 Cd、 Ni、 Cr、 Cu均严重超标, 其中Zn、 Cd超标最为严重, 超标率分别为392．6%和300%, 而Ni、 Cr、 Cu则分别超标9%、 62.7%和47.3%。
原生污泥在燃烧过程中, 底灰和烟气间发生了重金属分配, 部分重金属转移至烟气中, 但因为原生污泥重金属本底值较高, 故底灰类物质中重金属含量普遍未达成土壤环境质量三级标准要求。Zn、 Cd、 Cr、 Cu均超标, 其中加煤底灰和不加煤底灰Zn分别超标270.2%和284.4%、 Cd均超标200%。Cr和Cu则较为靠近标准值, 其中加煤底灰Cr超标8.33%, 而Cu未超标, 不加煤底灰Cr和Cu则分别超标20.7%和9.5%。
(6) 重金属浸出量
依据《危险废物判别标准-浸出毒性判别》(GB5085.3-)中相关标准方法测定, 可知各试样重金属浸出浓度均小于判别标准值。所以仅就重金属浸出毒性来讲, 不加煤底灰、 加煤底灰、 原生污泥均不属于危险废物。
(7) 污泥焚烧底灰再利用路径
对于污泥焚烧底灰再利用路径传统方法关键是用作建材, 如制砖、 作为水泥原料和路基等。多年来, 亦有报道利用垃圾焚烧底灰捕集酸性气体, 如利用垃圾焚烧底灰作为填料吸收CO2气体, 吸收量可达成12.5L/kg(干基底灰), 且达成吸附平衡后, 底灰pH可由11.8降至8.2, Pb、 Cr、 Cd浸出浓度显著降低。
分析其用作路基土以及CO2捕集材料可行性。依据污泥焚烧底灰理化性质及《公路路基设计规范》(JTGD30—)中对于路基土相关标准可知:
(1) 加煤底灰粒径大于2mm颗粒比率为36．5%, 而不加煤底灰为25%, 属于砂土中砾砂, 为理想路基材料;
(2) 不加煤底灰渗透性很好, 达成2.7×10-5cm/s, 十分适适用于冰冻地域
路基和浸水部分路堤等, 加煤底灰渗透性虽差, 排水性能不好, 但亦可
用于干旱地域路基及路堤等;
(3) 不加煤底灰及加煤底灰凝聚力及内摩擦角均较大, 许可坡度分别达成了29.7°和27.12°, 远大于泥土许可坡度, 符合标准中最大边坡倾角要求。所以, 加煤和不加煤底灰理论上能够用作路床土和边坡等路基材料。然而, 对于确定底灰适用具体路基类型, 则需对污泥焚烧底灰进行深入填料最小强度CBＲ测试。
污泥焚烧底灰与垃圾焚烧底灰含有类似性质, 如呈碱性, pH靠近11, 有利于CO2等酸性气体吸收; 结构疏松, 含有多孔性, 有利于CO2吸收转化。所以, 利用污泥焚烧底灰吸收CO2等酸性气体可能与利用垃圾焚烧底灰含有类似结果。而且与垃圾焚烧底灰相比, 污泥焚烧底灰重金属含量较少, 这使得经过吸收CO2后, 污泥底灰重金属浸出性可能会更低, 从而有利于扩大污泥焚烧底灰利用范围, 达成以废治废目