微生物固化垃圾焚燒灰渣強(qiáng)度試驗(yàn)

邵光輝，陳相宇，崔小相

（1.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京 210037；2.南京市建筑安裝管理處，南京 210016）

城市生活垃圾焚燒發(fā)電作為無(wú)害化、資源化、減量化的垃圾處理技術(shù)，日益得到廣泛的應(yīng)用。在垃圾焚燒后，會(huì)產(chǎn)生底渣、飛灰等固體廢棄物，如果直接填埋，不僅占用大量土地，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染［1］。因此，如何實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒灰渣的無(wú)害化與資源化利用成為我國(guó)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的共性問(wèn)題。

焚燒底渣由于具有較好的巖土特性，且其重金屬和鹽類浸出濃度低，若經(jīng)過(guò)合適的處理可以作為天然建筑材料的替代品，用于道路施工的填料、混凝土/瀝青添加劑、建筑基礎(chǔ)等，有利于節(jié)約天然資源和保護(hù)環(huán)境［2］。而焚燒飛灰顆粒較小，其中最細(xì)微顆粒對(duì)環(huán)境、人類可能的危害最大，是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的危險(xiǎn)廢棄物［3］。目前應(yīng)用于垃圾焚燒灰渣固化與穩(wěn)定化處理的方法主要有高溫處理、水泥處理、化學(xué)藥劑處理、水泥?化學(xué)藥劑復(fù)合處理等［4］。這4 種處理方法均有各自的優(yōu)點(diǎn)，但都存在成本高和不環(huán)保等缺點(diǎn)［5］。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（mi?crobial induced calcium precipitation，MICP）膠結(jié)松散顆粒材料作為一種綠色、環(huán)保的新技術(shù)，近年來(lái)日益受到重視并得到快速發(fā)展［6］，已被嘗試引入到垃圾焚燒灰渣的固化處理中［7］。

MICP 是指利用一些特定的微生物，通過(guò)為之提供富含鈣離子和氮源的營(yíng)養(yǎng)鹽，快速析出具有膠凝作用的碳酸鈣結(jié)晶的微生物成礦技術(shù)［8］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)微生物膠結(jié)不同性狀的散體材料進(jìn)行了許多研究。Whiffin［9］提出采用MICP 技術(shù)膠結(jié)松散砂顆粒，以提高砂土的強(qiáng)度和剛度等宏觀力學(xué)性質(zhì)。Van Paassen［10］采用微生物注漿固化處理砂顆粒，使之抗壓強(qiáng)度達(dá)20 MPa。隨著注漿量的增加，固化砂的強(qiáng)度還能進(jìn)一步提高［11］。李馳等［12］利用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積固化沙漠風(fēng)沙土，使其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高到0.66 MPa。劉漢龍等［13］采用MICP 膠結(jié)鈣質(zhì)砂發(fā)現(xiàn)，通過(guò)MICP 膠結(jié)的鈣質(zhì)砂動(dòng)剪應(yīng)力比和抵抗變形的能力得到了明顯提高。Soon 等［14］通過(guò)生物注漿方式處理低滲透性的殘積粉土，對(duì)不同密度土樣處理后使其強(qiáng)度提高了1.4～2.6 倍。彭邦陽(yáng)等［15］采用拌菌與循環(huán)入滲膠結(jié)液的方法有效固化了孔喉小、難注漿的海相吹填粉土。

垃圾焚燒灰渣具有松散土體顆粒類似的級(jí)配特征，但顆粒微觀結(jié)構(gòu)也有自身特點(diǎn)，飛灰顆粒表面疏松多孔［7］，具有很強(qiáng)的吸附性。高炎旭［7］利用垃圾焚燒飛灰內(nèi)源鈣，通過(guò)MICP 對(duì)其進(jìn)行固化取得了一定效果，對(duì)飛灰的微生物固化處理進(jìn)行了有益探索。對(duì)內(nèi)源鈣含量相對(duì)較少的焚燒底渣或飛灰，采用微生物固化是否有效，以及固化后的強(qiáng)度能否滿足應(yīng)用需要等問(wèn)題尚待研究。

筆者通過(guò)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積固化垃圾焚燒灰渣（細(xì)粒底渣和飛灰）試驗(yàn)，研究菌液濃度、膠結(jié)液濃度和處理輪數(shù)對(duì)垃圾焚燒灰渣固化體強(qiáng)度的影響，探討微生物固化垃圾焚燒灰渣的可行性與有效性，為微生物固化技術(shù)用于垃圾焚燒灰渣固化及資源化利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 垃圾焚燒灰渣

試驗(yàn)用垃圾焚燒灰渣取自江蘇省無(wú)錫市某垃圾焚燒發(fā)電廠，包括底渣（底渣中的細(xì)粒組分）和飛灰。試樣的基本物理指標(biāo)參照土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50123—1999）所得如表1。

表1 底渣和飛灰的基本物理指標(biāo)Table 1 Properties of the bottom slag and fly ash

圖1 灰渣顆粒級(jí)配曲線Fig.1 Particle grading curves of bottom slag and fly ash

底渣和飛灰試樣的顆粒級(jí)配曲線如圖1。底渣的顆粒分布主要在3～420 μm 之間，其中黏粒（＜5 μm）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.14%，粉粒（5～75 μm）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.47%。不均勻系數(shù)Cu＝10.27，曲率系數(shù)Cc＝1.27，級(jí)配良好。飛灰的顆粒分布主要在4～250 μm 之間，其中黏粒（＜5 μm）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.25%，粉粒（5～75 μm）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.67%。不均勻系數(shù)Cu＝4.94，曲率系數(shù)Cc＝0.95，級(jí)配不良。

1.2 微生物菌種與培養(yǎng)

選用來(lái)自德國(guó)菌種保藏中心（DSMZ33）的巴氏芽孢桿菌（Sporosarcina pasteurii）為試驗(yàn)菌種。采用DSMZ 推薦的液體培養(yǎng)基，培養(yǎng)基的溶劑為去離子水。具體組成成分為：15 g/L 的胰蛋白胨（tryptone，oxoid LP0042），5 g/L 的大豆蛋白胨（neutralised soya peptone，oxoid LP0044），5 g/L 的NaCl 和20 g/L 的尿素，調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液pH 至7.3。將配制完成的營(yíng)養(yǎng)液，經(jīng)121 ℃高溫蒸汽滅菌20 min，待冷卻后備用。

將菌種接種至新鮮營(yíng)養(yǎng)液中，在30 ℃和135 r/min 培養(yǎng)條件下恒溫振蕩培養(yǎng)16 h 后，取菌液［原菌液，濃度為1.2×108CFU/mL，脲酶活性控制在（5.5±0.1）ms/（cm·min）］待用。本試驗(yàn)選用菌液為兩種配比的稀釋菌液，稀釋菌液為將原菌液分別與營(yíng)養(yǎng)液按照體積比1∶50 和1∶100 的比例進(jìn)行混合，并分別記為A 菌液和B 菌液。其中，A 菌液的脲酶活性控制在1.78 ms/（cm·min）左右；B 菌液脲酶活性控制在0.65 ms/（cm·min）左右。

1.3 膠結(jié)液

膠結(jié)液是尿素和氯化鈣的混合溶液，為MICP過(guò)程提供必需的氮源和鈣源。尿素與氯化鈣的摩爾濃度比為1∶1，取濃度為0.25，0.50，0.75，1.00 和1.25 mol/L 的膠結(jié)液進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 試樣制備

用于微生物注漿的灰渣試樣為重塑圓柱樣，直徑30 mm，其中底渣試樣高度為85 mm，干密度為1.42 g/cm3；飛灰試樣高度為81 mm，干密度為1.25 g/cm3。采用分層擊實(shí)法制樣并飽和。

1.5 注漿裝置及注漿方法

固化底渣和飛灰試樣的容器采用內(nèi)腔直徑30 mm 的PVC 注射器，為了防止固化后的灰渣試樣和管內(nèi)壁粘結(jié)，管內(nèi)壁涂抹一層凡士林。試樣兩端各布置一層鎳網(wǎng)和2 mm 厚的高紗布層作為濾層，注漿管一端連接出漿管，另一端則對(duì)容器內(nèi)的試樣進(jìn)行自下而上的注漿，出口連接流出液收集容器。具體實(shí)驗(yàn)裝置如圖2 所示。

圖2 微生物注漿裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of microbial grouting device

首先利用蠕動(dòng)泵通過(guò)注射器底部的注漿口以1 mL/min 速度注入2 倍孔隙體積的去離子水，然后封閉注漿口，靜置24 h 飽和試樣。待試樣飽和完畢，再以1 mL/min 的注漿速度自下而上注入約1.2 倍孔隙體積的稀釋菌液，靜置12 h，然后注入5～10 mL 的去離子水，作為菌液與膠結(jié)溶液的隔離層，避免菌液與膠結(jié)溶液直接接觸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3堵塞管道與注漿口。最后自下而上注入約2倍孔隙體積的膠結(jié)溶液，靜置12 h。再按上述注漿方法交替注入菌液和膠結(jié)液（注1 次稀釋菌液和1次膠結(jié)液為1 輪次）。在注漿過(guò)程中，須時(shí)刻保持漿液液面高于試樣表面，以保證試樣飽和。飽和底渣和飛灰試樣分別進(jìn)行2，4，6，8，10 輪微生物注漿后，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并對(duì)試樣進(jìn)行上、中、下三等分取樣以測(cè)定加固后試樣內(nèi)CaCO3生成量。將菌液替換為去離子水，按上述同樣方法分別對(duì)飽和底渣和飛灰試樣進(jìn)行注漿作為對(duì)照。

1.6 測(cè)試方法

1.6.1 強(qiáng)度試驗(yàn)

采用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到微生物注漿處理前后試樣的強(qiáng)度，加載速率為1 mm/min。

1.6.2 CaCO3生成量測(cè)定

將微生物注漿加固前后試樣分為上、中、下3層，其中下層為靠近注漿口一側(cè)的位置，上層為靠近出漿口一側(cè)的位置。無(wú)側(cè)限壓縮破壞后每層各取一部分樣體。采用鹽酸浸泡法［16］測(cè)定試樣內(nèi)不同位置處CaCO3生成量。分別將微生物注漿加固處理前后的試樣置于105.5 ℃烘箱內(nèi)烘干后，加入1 mol/L 鹽酸攪拌浸泡，用真空抽濾裝置過(guò)濾，濾膜孔徑為0.45 μm。抽濾后土樣再加入鹽酸攪拌并重復(fù)以上步驟，以確保土樣內(nèi)沒(méi)有CaCO3殘留。用烘干后的質(zhì)量損失量占酸洗后干試樣質(zhì)量的百分比表示CaCO3生成量，具體計(jì)算方法見(jiàn)式（1）：

式中：A為碳酸鈣生成量，%；m1為稀鹽酸未浸泡前烘干試樣的質(zhì)量，g；m2為稀鹽酸浸泡過(guò)濾后烘干試樣的質(zhì)量，g；s為原試樣中不溶于鹽酸的質(zhì)量與可溶于鹽酸的質(zhì)量之比，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌液濃度的影響

巴氏芽孢桿菌主要通過(guò)誘導(dǎo)CaCO3礦物沉淀以固化散體材料，因此，CaCO3生成量和強(qiáng)度是評(píng)價(jià)微生物固化底渣和飛灰效果的主要指標(biāo)。圖3是采用菌液A、B 固化底渣和飛灰的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和CaCO3生成量隨注漿輪次的變化曲線，其中膠結(jié)溶液濃度均為0.50 mol/L。

對(duì)比圖3a、b 可見(jiàn)，無(wú)論底渣還是飛灰，采用A菌液注漿的試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和CaCO3生成量均高于B 菌液注漿的試樣。對(duì)于底渣試樣，在第2 輪注漿時(shí)，采用A 菌液比B 菌液的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高4.28%，到第10 輪注漿時(shí)這一差異擴(kuò)大到了25.76%。A、B 菌液均為稀釋菌液，但A 菌液濃度是B 菌液的2 倍，可見(jiàn)適當(dāng)提高菌液濃度有助于固化底渣強(qiáng)度的提高。菌液濃度引起的強(qiáng)度差異會(huì)隨著注漿輪次增多而產(chǎn)生累積，在達(dá)到同等強(qiáng)度的前提下，采用低濃度菌液需要的注漿輪次更多。而對(duì)于飛灰試樣，采用菌液A、B 引起的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度差異從1.64%到4.02%，雖然還是呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是幅度較小。同樣，從圖3a、b 對(duì)比可見(jiàn)，底渣和飛灰試樣的CaCO3生成量均隨著菌液濃度的提高而增大。菌液濃度適當(dāng)提升，能夠提高其對(duì)膠結(jié)液中鈣離子及尿素的轉(zhuǎn)換能力，誘導(dǎo)更多的CaCO3產(chǎn)生沉淀。但需要注意的是，并非菌液濃度越高越好。本研究在前期試注試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向底渣和飛灰注入未稀釋的原菌液時(shí)，由于菌液濃度較大，細(xì)菌尺寸與底渣和飛灰的孔喉尺寸接近，細(xì)菌堆積效應(yīng)明顯，注漿過(guò)程中易發(fā)生微生物菌群擁堵，試樣出現(xiàn)斷層和注漿堵塞的問(wèn)題，以至遠(yuǎn)端無(wú)法加固造成固化失敗（圖4）。因此，菌液濃度是決定注漿固化底渣和飛灰能否有效的重要因素，采用適當(dāng)稀釋后的菌液注漿才能保證固化效果。

圖3 菌液A、B 處理試樣的強(qiáng)度、CaCO3生成量與注漿輪數(shù)的關(guān)系Fig.3 Relationship between strength，CaCO3content of samples and grouting rounds treated by bacterial suspensions A and B

圖4 灰渣未稀釋菌液注漿效果圖Fig.4 Grouting effect diagram of undiluted bacterial liquid from slag

2.2 膠結(jié)液濃度的影響

2.2.1 膠結(jié)液濃度對(duì)試樣CaCO3生成量的影響

膠結(jié)溶液是氯化鈣和尿素的混合溶液，為MICP 提供細(xì)菌生長(zhǎng)所必需的氮源和CaCO3沉淀所需的鈣離子。MICP 過(guò)程中，通常認(rèn)為使用高濃度膠結(jié)溶液可獲得較多CaCO3沉淀［17］。圖5 是采用B 菌液注漿10 輪固化底渣和飛灰試樣中的CaCO3生成量隨膠結(jié)溶液濃度變化情況。由圖5 可見(jiàn)，膠結(jié)液濃度越大，其所對(duì)應(yīng)試樣CaCO3的生成量越多。但從總體趨勢(shì)上看，CaCO3生成量在試樣內(nèi)部的分布不均勻，依舊呈現(xiàn)試樣上部（出漿端）CaCO3生成量少、下部（注漿端）CaCO3生成量多的規(guī)律。但當(dāng)膠結(jié)液濃度大于1.00 mol/L 后CaCO3生成量增長(zhǎng)趨緩。當(dāng)膠結(jié)液濃度較高時(shí)，其中的尿素和鈣離子可能沒(méi)有被充分利用。雖然提高膠結(jié)液濃度能夠提高CaCO3生成量，改善微生物固化效果，但尿素和鈣離子的利用率卻會(huì)降低?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，實(shí)際應(yīng)用中不宜采用過(guò)高濃度的膠結(jié)液來(lái)提高微生物固化效果。

圖5 灰渣試樣CaCO3生成量與膠結(jié)液濃度的關(guān)系Fig.5 Relationship between CaCO3content and concentration of cementing solution of cemented samples

2.2.2 膠結(jié)液濃度對(duì)固化試樣強(qiáng)度的影響

取0.25，0.50，0.75，1.00 和1.25 mol/L 5 種不同濃度膠結(jié)液，以研究膠結(jié)液濃度對(duì)微生物注漿固化底渣和飛灰強(qiáng)度的影響。圖6 是采用B 菌液及不同濃度的膠結(jié)液分別進(jìn)行微生物注漿10 輪加固處理前后底渣和飛灰試樣無(wú)側(cè)限強(qiáng)度的變化情況。

由圖6 可見(jiàn)，隨膠結(jié)液濃度提升，底渣和飛灰試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)趨緩。膠結(jié)液濃度越大，總體上試樣強(qiáng)度也越大。飛灰試樣則在注漿1.00 mol/L 濃度膠結(jié)液時(shí)出現(xiàn)了最大峰值強(qiáng)度，當(dāng)膠結(jié)液濃度達(dá)到1.25 mol/L 時(shí)，膠結(jié)液濃度增大對(duì)強(qiáng)度提高作用不大。綜合考慮膠結(jié)液濃度對(duì)底渣和飛灰的強(qiáng)度影響，為提高固化材料利用效率，微生物注漿加固灰渣時(shí)膠結(jié)液濃度取1.00 mol/L 左右為宜。

圖6 不同膠結(jié)液濃度對(duì)微生物固化灰渣強(qiáng)度的影響Fig.6 Effects of cementing solution concentration on strength of cemented samples

2.3 注漿輪數(shù)的影響

采用B 菌液及0.50 mol/L 的膠結(jié)液加固處理前后試樣的無(wú)側(cè)限強(qiáng)度和碳酸鈣生成量變化情況見(jiàn)圖7。由圖7 可見(jiàn)，隨著注漿輪數(shù)的增加，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和CaCO3生成量均有不同程度的提高，說(shuō)明微生物注漿對(duì)垃圾焚燒底渣和飛灰起到了一定加固作用。通常在微生物注漿固化過(guò)程中，隨著膠結(jié)物生成，試樣的孔隙會(huì)逐漸堵塞，試樣的滲透性也逐漸下降，在多輪注漿后最終會(huì)形成封堵，無(wú)法繼續(xù)注入。試注結(jié)果表明，在注漿10 輪后漿液就難以繼續(xù)注入試樣。

圖7 不同注漿輪數(shù)對(duì)灰渣試樣強(qiáng)度和碳酸鈣生成量的影響Fig.7 Effects of grouting rounds on unconfined compressive strength and CaCO3content of samples

底渣和飛灰都具有一定的吸濕性，會(huì)逐漸從空氣中吸收水分。底渣未固化前自身水化反應(yīng)［7］形成的初始強(qiáng)度為174.46 kPa，而注入2，4，6，8 和10 輪去離子后的水硬固化體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較未處理底渣試樣則分別提高了4.3%，9.5%，16.9%，20.3% 和24.4%，微生物注漿2，4，6，8 和10 輪后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較相應(yīng)水硬固化體則分別提高了35.8%，53.9%，83.5%，115.6%和120.0%。飛灰未固化前自身水化反應(yīng)形成的初始強(qiáng)度為381.73 kPa，而注入2，4，6，8 和10 輪去離子后的水硬固化體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較未處理飛灰試樣則分別提高了2.3%，4.2%，6.1%，7.1%和7.9%，微生物注漿2，4，6，8 和10 輪后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較相應(yīng)水硬固化體則分別提高了9.5%，18.7%，27.5%，38.0%和48.8%。底渣和飛灰都具有一定的水硬性［7］，而飛灰的水硬性更強(qiáng)。MICP 形成固化體的強(qiáng)度較水硬固化體有明顯的提高。微生物注漿10 輪后固化底渣的強(qiáng)度較水硬固化體強(qiáng)度提高了120.0%，而飛灰則提高了48.8%。這說(shuō)明微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積對(duì)底渣和飛灰的強(qiáng)度提升是有效的。固化后底渣和飛灰的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨著注漿輪數(shù)的增加而增加。固化底渣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨注漿輪數(shù)增加而增長(zhǎng)，但注漿8 輪以上時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)變緩；固化飛灰的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨注漿輪數(shù)增加近似呈線性增長(zhǎng)。

隨著注漿輪數(shù)的增多，試樣內(nèi)整體CaCO3生成量的不斷增大（圖7）。底渣和飛灰試樣中CaCO3生成量空間分布不均勻，大體呈現(xiàn)上部CaCO3生成量少、下部CaCO3生成量多的特點(diǎn)（其中下部為靠近注漿口一側(cè)的位置，上部為靠近出漿口一側(cè)的位置）。這可能與自下而上的注漿方式導(dǎo)致試樣下部?jī)?yōu)先沉積CaCO3堵塞土體孔隙，降低其滲透性。隨著注漿輪數(shù)的增加，試樣下部注漿口附近孔喉進(jìn)一步縮小，對(duì)細(xì)菌的反濾作用進(jìn)一步強(qiáng)化，導(dǎo)致菌體數(shù)量沿滲流方向分布越來(lái)越不均勻，因而造成微生物固化試樣遠(yuǎn)、近端強(qiáng)度相差較大和CaCO3沉積分布不均勻的現(xiàn)象。微生物注漿固化砂土［9］或粉土［18］時(shí)也有類似情況。固化底渣和固化飛灰相比，固化底渣的強(qiáng)度提高幅度更大，固化效果更顯著，這可能與底渣中原有Ca2＋溶出量更大有關(guān)。

2.4 CaCO3生成量與強(qiáng)度的關(guān)系

微生物固化土強(qiáng)度特征的重要指標(biāo)之一就是無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，通過(guò)微生物固化土體膠結(jié)機(jī)理可以發(fā)現(xiàn)，土體顆粒之間沉積的CaCO3對(duì)微生物固化土強(qiáng)度起到主要作用。試樣內(nèi)CaCO3晶體顆粒起到填充孔隙和膠結(jié)顆粒的作用，微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生的CaCO3越多，固化體的強(qiáng)度就可能越高。Harkes等［19］和Chu 等［20］通過(guò)微生物注漿固化砂土試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與CaCO3含量有著極其密切的關(guān)系，并分別給出了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。圖8 給出了一些學(xué)者采用微生物固化砂、粉土等無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與CaCO3含量的試驗(yàn)結(jié)果［10，14，20-22］。為便于比較，圖8 中也給出了本研究微生物固化垃圾焚燒底渣和飛灰的試驗(yàn)結(jié)果。可以發(fā)現(xiàn)，雖然同一固化對(duì)象基本都呈現(xiàn)了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨CaCO3含量增加而增大的趨勢(shì)，但是不同的固化對(duì)象之間的差距還是比較大的。在等CaCO3含量條件下，固化砂的強(qiáng)度最高，其次是粉土，固化底渣和飛灰最低。CaCO3含量為5%～20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，固化底渣和飛灰試樣的強(qiáng)度值為200～800 kPa。與微生物固化砂和粉土相比，垃圾焚燒底渣和飛灰試樣中微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生的CaCO3含量增加對(duì)其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高的貢獻(xiàn)率偏低。

圖8 碳酸鈣生成量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系Fig.8 Relationship between calcium carbonate content and unconfined compressive strength

3 結(jié)論

本研究通過(guò)微生物注漿試驗(yàn)分析了菌液濃度、膠結(jié)液濃度和處理輪數(shù)對(duì)垃圾焚燒灰渣（底渣和飛灰）強(qiáng)度的影響，探索了微生物固化垃圾焚燒灰渣的可行性和效果，結(jié)論如下：

1）垃圾焚燒底渣和飛灰都具有一定的水硬性，底渣和飛灰的水硬固化體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為174.46 和381.73kPa。采用微生物注漿方式固化垃圾焚燒底渣和飛灰能進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。將微生物固化技術(shù)應(yīng)用于垃圾焚燒灰渣的固化處理具有良好的發(fā)展前景。

2）采用未稀釋菌液注漿底渣和飛灰試樣時(shí)，易出現(xiàn)試樣斷層和注漿堵塞的問(wèn)題，固化效果較差，而稀釋比1∶50 的菌液則比1∶100 的菌液更利于底渣和飛灰膠結(jié)強(qiáng)度的提高；固化底渣和飛灰的強(qiáng)度隨膠結(jié)液濃度和注漿輪數(shù)增加而提高，底渣經(jīng)微生物注漿處理2～10 輪后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較其水硬固化體提高了35.8%～120.0%；飛灰經(jīng)微生物注漿處理2～10 輪后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較其水硬固化體提高了9.5%～48.8%。微生物固化在改善垃圾焚燒灰渣強(qiáng)度特性上是有效的。

3）固化底渣和飛灰的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與其內(nèi)部微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生的CaCO3含量之間正相關(guān)。與微生物固化砂和粉土相比，微生物固化底渣和飛灰中CaCO3含量的增加對(duì)其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高的貢獻(xiàn)偏弱。