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含重金属废弃物的水泥固化性能及作用机理

作　者: 于竹青
导　师: 邢伟宏；马保国
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 重金属固体废弃物浸出毒性复合水泥力学性能垃圾焚烧飞灰垃圾焚烧炉渣
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

社会的巨大进步不可避免将产生大量固体废弃物,这其中包括城市建筑垃圾,工业废弃物,城市生活垃圾等,绝大部分固体废弃物中含有重金属元素及一系列的有毒物质,危害人类健康及污染环境。国家明文规定这类材料必须加以适当处理,才能进行排放或者用于其他建筑用途中。现在许多国家针对这个实际问题已经展开深入的研究,利用各种方法进行处理。水泥固化技术因其处理费用低,处理工艺和操作简单,对重金属有很好的固定效果等优点被广泛的应用。随着社会的急剧发展,城市产生的垃圾逐渐增多,焚烧处理方法迅速应用到实际使用中,所以垃圾焚烧固体废弃物逐年增多。近几年我国的垃圾焚烧处理规模以5%的速度递增,目前焚烧固体废弃物的处理和最终安全处理已经成为亟待解决的问题。本文固体废弃物以垃圾焚烧飞灰及垃圾焚烧炉渣为研究对象。论文从含重金属废弃物浸出特性为出发点,以水泥固化重金属元素及垃圾焚烧废弃物展开研究,探讨水泥固化重金属元素的机理,进而探索水泥固化垃圾焚烧飞灰及垃圾焚烧炉渣的效果,及固化后水泥试块的浸出毒性特性。研究表明,在实验室条件下,得出在浸取液pH值为2.88,固液比为20:1,振荡18h时,各种重金属的浓度达到最大浸出量。实验室采用有代表性重金属的最大掺量为2.0%,利用2种水泥可以有效的固化重金属,其水化后的水泥试块的浸出毒性均没有达到国家排放的标准,并且硫铝酸盐水泥的固化效果要优于普通硅酸盐水泥的固化效果。垃圾焚烧飞灰在浸出试验条件下,具有一定的浸出毒性,经过实验室研究,水泥可以有效的固化垃圾焚烧飞灰中的重金属,随着垃圾焚烧飞灰掺量的增加,固化后的水泥试块重金属浓度呈增加的趋势,但均少于国家标准。而在40%及50%的情况下,固化表现稳定,因此,在利用垃圾焚烧飞灰时,可以考虑的掺量在80%以下。垃圾焚烧炉渣作为另一大焚烧处理垃圾的副产物,浸出毒性小于垃圾焚烧飞灰。经过研究表明,垃圾焚烧炉渣活性大于粉煤灰,可以作为混合材使用,当掺入30%时,垃圾焚烧炉渣对水泥的凝结时间就有明显影响,掺入50%,水泥的终凝延长了2h以上,垃圾焚烧炉渣掺入普通硅酸盐水泥中,随着垃圾焚烧炉渣掺量的增加,水泥的强度均有不同程度的下降。掺量20%时,水泥28d强度下降了一个标号。掺量为50%,3d抗压强度下降了20%以上,而28d抗压强度则下降了40%以上。ICP测试掺入垃圾焚烧炉渣和粉煤灰的水泥试样的浸出毒性,结果表明垃圾焚烧炉渣及粉煤灰掺入水泥后,其重金属浸出量很少。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-25
  1.1 概述  11-12
  1.2 城市固体废弃物的危害及处理  12-17
    1.2.1 我国城市固体废弃物的现状  12-13
    1.2.2 城市固体废弃物的危害  13-14
    1.2.3 城市固体废弃物的处理技术  14-17
  1.3 有毒重金属的产生及危害  17-19
    1.3.1 有毒重金属的产生  17-18
    1.3.2 有毒重金属的危害  18-19
  1.4 城市垃圾焚烧灰渣的特点及处理  19-23
    1.4.1 垃圾焚烧灰渣特性  19-20
    1.4.2 垃圾焚烧飞灰的处理技术  20
    1.4.3 垃圾焚烧飞灰固化/稳定化技术  20-23
  1.5 研究思路及研究内容  23-25
    1.5.1 研究思路  23
    1.5.2 研究主要内容  23
    1.5.3 试验设计  23-25
第2章原材料与试验方法  25-32
  2.1 主要原材料及性质  25-30
    2.1.1 水泥  25
    2.1.2 粉煤灰  25-26
    2.1.3 垃圾焚烧飞灰  26-28
    2.1.4 垃圾焚烧炉渣  28-29
    2.1.5 含重金属盐  29-30
  2.2 实验方法  30-32
    2.2.1 粉体基本性能测试  30
    2.2.2 胶凝材料物理性能测试  30
    2.2.3 微观测试方法  30-32
第3章含重金属废弃物浸出特性研究  32-39
  3.1 毒性浸出试验方法简述  32-34
    3.1.1 国标浸出毒性标准  33
    3.1.2 TCLP浸出毒性方法  33
    3.1.3 固体废弃物浸出金属元素的测定方法  33-34
  3.2 城市垃圾焚烧飞灰浸出毒性特性  34-38
    3.2.1 国标浸出毒性标准与TCLP浸出毒性标准的比较  34-35
    3.2.2 垃圾焚烧飞灰重金属浸出特性  35-36
    3.2.3 垃圾焚烧飞灰实验室重金属浸出特性  36-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章水泥固化含重金属废弃物的实验研究  39-57
  4.1 实验研究内容  39
  4.2 普通硅酸盐水泥固化垃圾焚烧飞灰的研究  39-46
    4.2.1 MSWI-fly ash对普通硅酸盐水泥物理性能的影响  40-41
    4.2.2 MSWI-fly ash对水泥力学性能的影响  41-42
    4.2.3 MSWI-fly ash水泥水化体系微观特性  42-44
    4.2.4 MSWI-fly ash水泥体系浸出毒性研究  44-46
  4.3 垃圾焚烧炉渣性能及浸出特性  46-49
    4.3.1 垃圾焚烧炉渣物理性能  46
    4.3.2 粉煤灰与垃圾焚烧炉渣活性比较  46-49
  4.4 垃圾焚烧炉渣对水泥性能的影响  49-55
    4.4.1 垃圾焚烧炉渣对水泥凝结时间的影响  49-50
    4.4.2 垃圾焚烧炉渣对水泥力学性能的影响  50-52
    4.4.3 垃圾焚烧炉渣水泥水化体系微观特性  52-54
    4.4.4 垃圾焚烧炉渣水泥体系浸出毒性研究  54-55
  4.5 本章小结  55-57
第5章水泥固化重金属元素的实验研究  57-76
  5.1 普通硅酸盐水泥体系固化重金属元素的研究  57-68
    5.1.1 实验内容  58
    5.1.2 重金属元素对普通硅酸盐水泥凝结时间的影响  58-60
    5.1.3 重金属元素对普通硅酸盐水泥标准稠度用水量的影响  60-61
    5.1.4 重金属元素对普通硅酸盐水泥力学性能的影响  61-63
    5.1.5 含重金属水泥水化性能的微观分析  63-66
    5.1.6 含重金属水泥水化机理分析  66-68
  5.2 硫铝酸盐水泥体系固化重金属离子的研究  68-73
    5.2.1 实验介绍  68
    5.2.2 重金属离子对硫铝酸盐水泥凝结时间的影响  68-69
    5.2.3 重金属离子对硫铝酸盐水泥标准稠度用水量的影响  69-70
    5.2.4 重金属离子对硫铝酸盐水泥力学性能的影响  70-71
    5.2.5 含重金属水泥水化性能的微观分析  71-73
  5.3 含重金属的不同种水泥浸出毒性比较  73-74
  5.4 本章小结  74-76
第6章结论  76-79
  6.1 本论文主要的试验结论  76-78
  6.2 进一步展望  78-79
参考文献  79-84
附录一:攻读硕士期间发表论文  84
附录二:硕士期间参加科研项目  84-85
致谢  85

含重金属废弃物的水泥固化性能及作用机理

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