作為垃圾焚燒處理的新技術(shù),RDF (Refuse Derived Fuel,垃圾衍生燃料)技術(shù)可通過控制焚燒溫度、混燒比以及添加劑的種類和含量等來降低焚燒產(chǎn)物中污染物的含量。RDF焚燒產(chǎn)物中含有總質(zhì)量5%左右的飛灰,具有潛在的資源化應(yīng)用前景。目前對具有低污染物含量的RDF飛灰的資源化研究甚少,本論文旨在研究填埋場中堆積的RDF飛灰作為路基材料資源化應(yīng)用時的土工性能和浸出特性及浸出控制機制,為該材料資源化應(yīng)用的可行性分析提供參考依據(jù)。論文以填埋場堆積的新鮮飛灰(堆積時間不超過10天)與陳化飛灰(堆積時間約為6個月)為研究對象,通過研究兩種飛灰的土工性能、不同條件下的浸出特性、浸出微量元素的長期遷移及不同pH值下的浸出控制機制,得出了以下主要結(jié)果:(1)采用粒徑分析、SEM (電鏡掃描)和SEM-EDS (電鏡-能譜掃描)的方法研究了兩種RDF飛灰的基本物理特性、微觀特征及成分組成,并與MSW (生活垃圾)焚燒飛灰進行了比較分析。結(jié)果表明:兩種飛灰的粒徑主要分布于0.075-4.75mm之間,且含有很多由細小顆粒聚合形成的大顆粒聚合物;兩種飛灰顆粒均呈現(xiàn)棉絮狀結(jié)構(gòu),表面粗糙,堆積較為松散,顆粒間存在明顯間隙,此外,陳化飛灰顆粒表面由于侵蝕作用而表現(xiàn)出無定型結(jié)構(gòu);兩種飛灰中CaO的含量高于MSW飛灰及CCP (粉煤灰),呈現(xiàn)類水泥特性,其他成分與MSW飛灰類似。(2)采用擊實試驗、滲透性試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、CBR (加州承載比)實驗及凍融試驗研究了兩種RDF飛灰作為路基材料時的相關(guān)土工性能。結(jié)果表明:兩種飛灰顆粒聚合物中含有較多空隙,其干容重值低于“砂礫”類材料;兩種飛灰的滲透系數(shù)在1.4× 10 -6m/s～8.0× 10-8m/s之間,滲透性屬“較差”級別;陳化飛灰的CBR值(9.5～16.4)在路基材料中可評級為“中等至較好”級別,而新鮮飛灰(CBR為0.3～3)則屬于“非常差”級別;陳化飛灰具有較高的抗凍融能力。(3)分別采用間歇式水浸出實驗、合成沉降浸出實驗及定pH浸出實驗方法,分別研究了在水浸出及合成沉降浸出條件下兩種飛灰的資源化應(yīng)用潛力及定pH值浸出條件下兩種飛灰中主要元素(Al、Ca)與微量元素(Ag、As、B、Ba、Cd、Cr、Cu、Pb、Mn、Se、Zn)的浸出特性。結(jié)果表明,水浸出實驗中兩種飛灰中的B、Cd、Cr、Se、Ag及S042-的浸出濃度均符合工業(yè)副產(chǎn)品資源化應(yīng)用要求:在水浸出與合成沉降浸出實驗中,兩種飛灰中的As與Ba的浸出濃度均超出EPAMCL (美國環(huán)保局飲用水標準限值),具有潛在環(huán)境風險。由定pH值浸出實驗所得到的酸中和容量曲線表明:兩種飛灰自身pH值均易受周圍酸堿條件影響,且離子浸出模式分析表明:兩種飛灰中,Cu、Mn、Zn、Ag、Cd及Pb的浸出行為類似于陽離子浸出模式,浸出濃度會隨著pH值的增加而降低;Al、Cr和As的浸出行為類似于兩性浸出模式,浸出濃度在中性pH條件(pH約為7)時最低,而在酸性和堿性環(huán)境下增大;Ca、Ba和Se的浸出行為并無明確的隨pH變化規(guī)律。(4)通過柱體浸出實驗與計算機數(shù)值模擬研究了兩種RDF飛灰在過流系統(tǒng)中的主要元素(Al、Ca、K、Na)與微量元素(Ag、Ba、As、Cr、Cu、Cd、Pb)長期浸出過程及微量元素(As、Ba)在地下水中的遷移過程。研究表明:兩種飛灰中,主要元素A1和Ca的累積浸出量隨累積液固比的增加而穩(wěn)定增加,K和Na的累積浸出量隨著累積浸出液固比的增加而減小;微量元素Cr和Cu的浸出只發(fā)生在柱體浸出實驗的開始階段,而As在整個實驗過程中穩(wěn)定而持續(xù)的浸出,Ag、Cd和Pb的累積浸出量較低;新鮮飛灰相對于陳化飛灰呈現(xiàn)出更多的微量元素累積浸出量。在地下水中的長期浸出過程中,兩種飛灰中As的浸出濃度在第79年達到最大,且新鮮飛灰的預(yù)測浸出濃度超出了 EPAMCL要求,具有潛在風險。(5)采用地球化學平衡模型研究了兩種RDF飛灰中主要元素(Al、Ca、Mg、Fe)及微量元素(As、Ba、Cd、Cr、Cu及Zn)的浸出控制機制。結(jié)果表明:兩種飛灰中所有元素的浸出控制機制相同,在浸出過程中,As、Cr、Cu及Fe屬于氧化還原反應(yīng)敏感型元素,Al、Ba、Ca、Cd、Mg及Zn則屬于敏感性較低或無氧化還原敏感型元素;主要元素中Al與Fe主要以還原態(tài)Al(Ⅲ)及Fe(Ⅲ)存在,而微量元素中Cr主要以還原態(tài)Cr(Ⅲ)存在,As、Cu與Zn則分別以氧化態(tài)As(V)、Cu(Ⅱ)及Zn(Ⅱ)形態(tài)存在。兩類元素浸出(As除外)均屬溶解性控制機制,主要控制性礦物分別為非晶態(tài)Al(OH)3、水鐵礦[Fe(OH)3]、白云石[Mg,Ca(CO3)2]、方解石[CaCO3]、重晶石[BaSO4]、菱鎘礦[CdCO3]、非晶態(tài)Cr(OH)3、黑銅礦[CuO]及紅鋅礦[ZnO],As的浸出屬于非溶解性控制機制,往往以[AsO43-]及[(AsO4)2]6-等化合態(tài)與金屬反應(yīng)形成相對不溶性的金屬砷酸鹽。本論文研究結(jié)果表明,陳化飛灰表現(xiàn)出較好的土工性能,具有作為路基輕骨材料資源化應(yīng)用的潛質(zhì),但浸出污染物成分易受環(huán)境中酸堿條件影響,存在潛在環(huán)境風險。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：X705
【部分圖文】：

圖１－２美國城市生活垃圾產(chǎn)生速率（１９６０－２０１２）逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ＭＳＷ邋ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ邋ｒａｔｅｓ邋ｉｎ邋ＵＳＡ邋（１９６０－２０１２）逡逑年美國各類廢棄物的回收利用率，由圖可見，鉛－酸電池回收率達到了邋９６％邋（約２８０萬逡逑噸），其次為鋼罐與紙類，約為７０％。各類飲料易拉罐回收率也超過了邋５０％［８］。通過美逡逑國生活垃圾總產(chǎn)生量與總回收量中各成分分析可以看出，紙類、塑料及餐廚垃圾為主逡逑要垃圾產(chǎn)生源頭，同時，紙類與廢舊木屑占主要回收成分，紙類回收在總垃圾回收中超逡逑過５０％，如圖１－５所示�？梢娒绹搭^分類水平己取得顯著成果，而回收的垃圾成逡逑

美國城市生活垃圾處理方式分布(2012)

分更是有利于垃圾焚燒技術(shù)的推廣應(yīng)用［８］。逡逑／：■邋＾邋．ａ逡逑圖１－３美國城市生活垃圾處理方式分布（２０１２）逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ＭＳＷ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋Ｕｎｉｔｅｄ邋Ｓｔａｔｅｓ，邋２０１２逡逑１００邐９５＾９逡逑，｛］邐逡逑１６0邋￣ｈ邋Ｂ邋Ｅ邋ｍ邋邐邐逡逑ｉＨＨｔｎｉｉ逡逑Ｌｅａｄ－Ａｄｄ邋Ｓｔｅｄ邋Ｎｅｗｓｐａｐｅｒ／邋Ｙａｒｄ邋Ａｌｉ＾ｍｎｕｎｉ邐Ｔ？ｅｓ邐Ｑａｓｓ邋ＰＥＴ邋Ｂｏｔｔｌｅｓ邋Ｓｅｌｅｃｔｅｄ邋ＨＯＰＥ邋Ｎａｔｕｒａｌ逡逑Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ邐Ｃａｎｓ邋Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋Ｐａｐｅｒｓ邋Ｔｒｉｍｍｉｎｇｓ邋Ｂｅｅｒ邐Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ邋＆邋ｊａｒｓ邋Ｃｏｎｓｕｍｅｒ邋（Ｗｈｉｔｅ邋Ｔｒａｎｄｕｃｅｎｔ｝逡逑＆邋Ｓｏｄａ邋Ｃａｎｓ邐Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ邋Ｂｏｔｄｅｓ逡逑Ｐｒｏｄｕｃｔｓ逡逑圖１－４各類垃圾回收率（２０１２）逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ邋ｒａｔｅｓ邋ｏｆ邋ｓｅｌｅｃｔｅｄ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ，邋２０１２逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陶景忠;田濤;;城市生活垃圾焚燒飛灰資源化利用研究[J];污染防治技術(shù);2015年06期

2 蔣旭光;常威;;生活垃圾焚燒飛灰的處置及應(yīng)用概況[J];浙江工業(yè)大學學報;2015年01期

3 謝峻林;楊虎;何峰;梅書霞;金明芳;;垃圾衍生燃料技術(shù)研究進展[J];建材世界;2013年05期

4 王威;吳寧;;城市生活垃圾焚燒飛灰資源化利用的研究狀況[J];北方環(huán)境;2013年07期

5 熊祖鴻;范根育;魯敏;郭華芳;陳勇;;垃圾焚燒飛灰處置技術(shù)研究進展[J];化工進展;2013年07期

6 朱芬芬;高岡昌輝;大下和_

本文編號：2817164