一、前言

城市生活垃圾以每年8％～10％的速度增大，處理生活垃圾的壓力也隨之增加。目前，生活垃圾處理技術(shù)有填埋、焚燒、堆肥、資源化回收利用等。幾十年來垃圾處理的實(shí)踐表明，還沒有一種處理技術(shù)是高效而無污染的，每一種處理技術(shù)均有其不容忽視的弊端，如填埋產(chǎn)生沼氣和滲濾液、孳生蚊蠅；焚燒產(chǎn)生二噁英（Dioxin）和呋喃等有害物質(zhì)；堆肥產(chǎn)品中玻璃等雜質(zhì)影響堆肥質(zhì)量，肥效不高等［1，2］。為了充分利用原有處理設(shè)施，解決填埋場內(nèi)陳腐垃圾的出路問題，增加填埋場可利用空間，將填埋場內(nèi)3年以上的陳腐垃圾取出，加入固結(jié)劑，使陳腐生活垃圾中的有毒有害物質(zhì)，特別是含有的重金屬離子固結(jié)并達(dá)到穩(wěn)定化，不給環(huán)境帶來二次污染。并且固結(jié)后的固結(jié)體具有一定的強(qiáng)度可以用于道路建設(shè)。本項(xiàng)目采用新型固結(jié)技術(shù)對(duì)生活垃圾進(jìn)行固結(jié)，并對(duì)其固化效果和安全性進(jìn)行分析和研究。

二、實(shí)驗(yàn)方法

1.原材料

（1）礦渣：采用寶田新型建材有限公司生產(chǎn)的磨細(xì)礦渣，比表面積為460m2/kg，化學(xué)成分如表1所示。

（2）鋼渣：采用寶鋼冶金建設(shè)公司生產(chǎn)的磨細(xì)鋼渣，比表面積500m2/kg，化學(xué)成分如表1所示。

（3）固化劑：自配。

（4）生活垃圾：陳腐生活垃圾（陳腐三年以上）。

表1礦渣和鋼渣化學(xué)成分（w t％）

2.實(shí)驗(yàn)方法

生活垃圾固結(jié)體力學(xué)性能測試方法采用國標(biāo)GB/T17671—1999《水泥砂漿強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行，干濕循環(huán)試驗(yàn)采用試件浸水4d，然后在80℃±5℃烘干5h，再在水中浸泡5h作為一次循環(huán)，耐水性試驗(yàn)采用在水中浸泡30d后測定試件的質(zhì)量和強(qiáng)度�？箖鲂阅茉囼�(yàn)采用GBJ82－85規(guī)定，先將試件浸水 4d，在飽和面干條件下，放入－20～－17℃的冰箱中4h，然后取出在10～20℃的水中融化4h作為一次循環(huán)�？沽蛩猁}侵蝕試驗(yàn)采用GBJ82－85 規(guī)定方法進(jìn)行。

耐高溫試驗(yàn)采用在80℃條件下29天，然后在室溫24小時(shí)的強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)條件下強(qiáng)度之比。固結(jié)體中重金屬浸出毒性采用國家標(biāo)準(zhǔn) GB5086.2—1997枟固體廢物浸出毒浸出方法水平振蕩法枠［3］進(jìn)行，重金屬最大可浸出量參考美國EPASW—846（TCLP）毒性浸出實(shí)驗(yàn)方法［4］進(jìn)行。 三、結(jié)果與討論

1.生活垃圾固結(jié)效果研究

生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度是采用礦渣、鋼渣和固化劑固結(jié)一定量生活垃圾成型試件，在20℃±3℃條件下養(yǎng)護(hù)7天、28天時(shí)，測定其強(qiáng)度，表2所示為固化劑不同摻量對(duì)生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度的影響。

表2 生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨固化劑摻量增加，生活垃圾固結(jié)體的強(qiáng)度提高。當(dāng)固化劑摻量達(dá)3％時(shí)，生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度7天達(dá)24.7MPa，28天強(qiáng)度達(dá)38.4MPa。同時(shí)還可以認(rèn)為，生活垃圾固結(jié)體早期強(qiáng)度隨固化劑用量增加而提高。

2.生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律

由以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知生活垃圾固結(jié)體具有較高的抗壓強(qiáng)度，為了了解該材料長期強(qiáng)度發(fā)展情況，我們對(duì)其長齡期的強(qiáng)度進(jìn)行測定。圖1所示是生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度發(fā)展情況。

圖1生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律

由圖1中結(jié)果可以看出，生活垃圾固結(jié)體不僅具有較高的早期強(qiáng)度，而且后期強(qiáng)度發(fā)展?jié)摿σ埠艽�，無強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象，養(yǎng)護(hù)120天時(shí)，其強(qiáng)度值可達(dá)49MPa。

3.生活垃圾固結(jié)體耐久性能

表3所示是生活垃圾固結(jié)體耐久性能，由表中試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)過30次干濕循環(huán)后，生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度損失伴隨固化劑用量增加而下降，當(dāng)固化劑用量大于20％時(shí)，固結(jié)體強(qiáng)度非但沒有下降，而且有一定強(qiáng)度提高。

在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，經(jīng)過高溫80℃下7天，強(qiáng)度提高5％～8％，在水中30天強(qiáng)度基本沒有損失，并且隨固化劑用量增加，固結(jié)體耐水性能提高。故在高溫和水中環(huán)境下，生活垃圾固結(jié)體均能滿足道路工程應(yīng)用的技術(shù)要求。此外，由試驗(yàn)結(jié)果分析還可以看出，經(jīng)100次凍融循環(huán)后，生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度損失為2％～14％，并隨固結(jié)劑用量增加，固結(jié)體抗凍融循環(huán)性能提高�？梢哉J(rèn)為，當(dāng)固化劑用量在20％以上時(shí)，生活垃圾固結(jié)體基本滿足工程所需的抗凍要求。生活垃圾固結(jié)體的抗硫酸鹽侵蝕性能是其耐久性的一個(gè)重要方面。由于地下水及一些土壤中常含有一定濃度的SO42-，使固結(jié)體經(jīng)常受到硫酸鹽侵蝕。硫酸鹽對(duì)陳腐生活垃圾固結(jié)體的侵蝕是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。生活垃圾的孔隙和微裂縫對(duì)其抗硫酸鹽侵蝕能力影響很大。

表3 生活垃圾耐久性能

由抗硫酸鹽侵蝕和抗氯鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果可知，在5％NaSO4溶液中浸泡30天，生活垃圾固結(jié)體強(qiáng)度提高1％～10％不等。由此可見生活垃圾固結(jié)體具有非常優(yōu)越的抗硫酸鹽侵蝕能力。在5％NaCl溶液中浸泡30天，固結(jié)體強(qiáng)度損失小于16％，并且隨固化劑用量增加生活垃圾固結(jié)體抗氯鹽侵蝕能力有明顯提高。

4.生活垃圾固結(jié)體浸出毒性研究

由以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，生活垃圾固結(jié)體具有較高的物理力學(xué)性能和耐久性能，為了進(jìn)一步了解該材料使用的安全性，我們對(duì)其進(jìn)行浸出毒性研究。表4所示是生活垃圾固結(jié)體56天齡期的重金屬浸出量比較情況。

表4 生活垃圾56天固結(jié)體H重金屬浸出毒性（mg/L）

由表中結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)固結(jié)體采用國標(biāo)的水平振蕩法測試出的重金屬離子可浸出量均小于國家固體廢物排放標(biāo)準(zhǔn)和國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，采用美國EPA的（TCLP）的旋轉(zhuǎn)振蕩法測試出的重金屬離子最大浸出量也均小于固體廢物排放標(biāo)準(zhǔn)和國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。同時(shí)可以看到未經(jīng)固結(jié)前的陳腐生活垃圾的重金屬浸出毒性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家固體廢物排放標(biāo)準(zhǔn)和國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。采用固結(jié)劑的固結(jié)方法將陳腐生活垃圾中的重金屬離子穩(wěn)定在固結(jié)體中，其穩(wěn)定陳腐生活垃圾中的重金屬離子的效果Pb達(dá)98.33％、Zn達(dá)99.78％、Cd達(dá)97.06％、Cr達(dá)99.72％、Cu達(dá)98.89％、Ni達(dá) 100％。

5.生活垃圾固結(jié)體重金屬穩(wěn)定機(jī)理分析

采用多級(jí)提取過程實(shí)驗(yàn)方法可以分析固結(jié)體中重金屬的存在狀態(tài)，從而可以確定其固結(jié)重金屬的長期穩(wěn)定性。表5所示是多級(jí)提取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表5 多級(jí)提取程序?qū)嶒?yàn)結(jié)果（％）

由表5可以看出，陳腐生活垃圾固結(jié)體中的重金屬離子Pb、Zn、Cr、Cd的分布形態(tài)，Pb的酸溶態(tài)占11.69％，這部分屬于重金屬碳酸鹽和氫氧化物，在酸性條件下易浸出，在這一形態(tài)中的百分含量不到12％不會(huì)超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)；非晶型氧化鐵占16.85％，這部分屬于重金屬硫酸鹽、重金屬單體和氧化物鉻酸鹽等，這種形態(tài)下重金屬離子是較難浸出的；晶型氧化鐵態(tài)占50.43％，這部分屬于重金屬硫酸鹽、重金屬單質(zhì)和氧化鉻酸鹽等，較難被還原，重金屬離子很難浸出；殘?jiān)鼞B(tài)占15.5％，屬于硅酸鹽、鋁—硅酸鹽、重金屬單質(zhì)和氧化物，重金屬離子在這種形態(tài)時(shí)不可能浸出。85％以上的Zn、Cr、Cd離子都在有機(jī)結(jié)合態(tài)和非晶型鐵氧化態(tài)、晶型氧化鐵、殘?jiān)鼞B(tài)形態(tài)存在于固結(jié)體中，說明固結(jié)劑引發(fā)的物理化學(xué)反應(yīng)連同重金屬離子一起反應(yīng)生成了重金屬硫酸鹽、重金屬單質(zhì)和氧化物鉻酸鹽、硅酸鹽、重金屬單質(zhì)和氧化物等穩(wěn)定的礦物相，在自然條件下，重金屬離子基本上不可能浸出。陳腐垃圾固結(jié)體可以安全地在工程中使用。

四、結(jié)論

（1）本固結(jié)技術(shù)可使生活垃圾固結(jié)體28天強(qiáng)度達(dá)38MPa以上，并且長期強(qiáng)度無倒縮現(xiàn)象。

（2）耐久性試驗(yàn)結(jié)果表明，采用本固結(jié)技術(shù)的生活垃圾固結(jié)體具有較佳的抗凍性能、耐水性和抗干濕循環(huán)能力、抗硫酸鹽侵蝕性能等耐久性能。

（3）采用固結(jié)劑的固結(jié)方法將陳腐生活垃圾中的重金屬離子穩(wěn)定在固結(jié)體中，其穩(wěn)定陳腐生活垃圾中的重金屬離子的效果Pb達(dá)98.33％、Zn達(dá)99.78％、 Cd達(dá)97.06％、Cr達(dá)99.72％、Cu達(dá)98.89％、Ni達(dá)100％。以穩(wěn)定的形態(tài)存在于固結(jié)體中，生活垃圾固結(jié)體可以長期安全地在工程中使用。

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