城市垃圾無害化處理利用固化工藝

鄒權(quán)

摘要：城市生活垃圾焚燒發(fā)電作為無害化、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。因此，如何實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒灰渣的無害化與資源化利用成為我國環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的共性問題。

關(guān)鍵詞：城市垃圾;無害化處理;固化工藝

前言

垃圾焚燒發(fā)電是垃圾處理的一種主要方式，這種方式可以將固體廢物的體積降低90%左右，質(zhì)量減少70%左右，并且具有降低毒性和可回收熱量的優(yōu)點(diǎn)。研究比較了飛灰在建材中的不同利用方式，但建材固化的缺點(diǎn)是增容和增重。螯合劑穩(wěn)定法是化學(xué)藥劑穩(wěn)定法中的一種常用方法，飛灰中的重金屬離子能與螯合劑的官能團(tuán)結(jié)合從而被穩(wěn)定，降低了飛灰中重金屬離子的滲透性和遷移性，但缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。酸性洗滌等方法又會(huì)產(chǎn)生難以處理的廢水，污染環(huán)境。高溫處理是實(shí)現(xiàn)飛灰無害化和資源化的首選，但不論是高溫熔融還是高溫?zé)Y(jié)技術(shù)，所需溫度都在1 000 ℃ 以上，高溫熔融甚至是在溫度高于飛灰的熔點(diǎn)（1 500 ℃ 左右）下進(jìn)行的。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（MICP）膠結(jié)松散顆粒材料作為一種綠色、環(huán)保的新技術(shù)，近年來日益受到重視并得到快速發(fā)展，已被嘗試引入到垃圾焚燒灰渣的固化處理中。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，具有很強(qiáng)的吸附性。利用垃圾焚燒飛灰內(nèi)源鈣，通過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)用需要等問題尚待研究。

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/T50123—1999）所得如表1。

Cc=1.27，級(jí)配良好。飛灰的顆粒分布主要在4～250μm之間，其中黏粒（<5μm）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.25%，粉粒（5～75μm）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)

選用來自德國菌種保藏中心（DSMZ33）的巴氏芽孢桿菌為試驗(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：15g/L的胰蛋白胨，5g/L的大豆蛋白胨5g/L的NaCl和20g/L的尿素，調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH至7.3。將菌種接種至新鮮營養(yǎng)液中，在30℃和135r/min培養(yǎng)條件下恒溫振蕩培養(yǎng)16h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1.78ms/（cm·min）左右;B菌液脲酶活性控制在0.65ms/（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1.25mol/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30m，其中底渣試樣高度為85m，干密度為1.42g/cm3;飛灰試樣高度為81m，干密度為1.25g/cm3。采用分層擊實(shí)法制樣并飽和。

1.5測(cè)試方法

1.5.1強(qiáng)度試驗(yàn)

采用無側(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1m/min。

1.5.2CaCO3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。無側(cè)限壓縮破壞后每層各取一部分樣體。采用鹽酸浸泡法測(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1mol/L鹽酸攪拌浸泡，用真空抽濾裝置過濾，濾膜孔徑為0.45μm。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。

2結(jié)論

本研究通過微生物注漿試驗(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)其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高的貢獻(xiàn)偏弱。

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（作者單位：新疆中測(cè)測(cè)試有限責(zé)任公司）