摘要：對(duì)醫(yī)療垃圾焚燒飛灰(FA)及其灼燒灰(IFA)進(jìn)行水泥固化實(shí)驗(yàn)研究，考察了飛灰中活性炭對(duì)水泥固化體凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、重金屬浸出毒性等的影響.結(jié)果表明，摻60%FA的水泥固化體終凝時(shí)間長(zhǎng)達(dá)63h，超出48h的限值，相同IFA配比下水泥固化體終凝時(shí)間低于該值;摻40%和60%FA的水泥固化體7d的抗壓強(qiáng)分別僅為0.187和0.16MPa，低于0.2MPa的標(biāo)準(zhǔn)，但2種IFA配比下水泥固化體的抗壓強(qiáng)度均達(dá)標(biāo)；摻40%和60%FA的水泥固化體中Pb的滲瀝濃度分別為5.634和6.032mg/L，均超過(guò)5mg/L的限值，而摻60%IFA的水泥固化體Pb滲瀝濃度超過(guò)限值.結(jié)果證實(shí)醫(yī)療垃圾焚燒飛灰中活性炭是導(dǎo)致水泥固化體凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、抗壓強(qiáng)度降低、重金屬滲瀝濃度升高的主要原因.

　　關(guān)鍵詞：醫(yī)療垃圾；飛灰；活性炭；水泥；固化

　　1前言

　　我國(guó)醫(yī)療垃圾焚燒布袋飛灰中Pb,Cd,Zn等重金屬的浸出液濃度均遠(yuǎn)超過(guò)危險(xiǎn)廢物填埋標(biāo)準(zhǔn)[1,2]，需經(jīng)預(yù)處理后方能最終填埋.我國(guó)明確規(guī)定垃圾焚燒飛灰預(yù)處理采用水泥固化法[3].大量研究[4?7]表明,生活垃圾焚燒飛灰的水泥固化體中水泥摻量宜為40%以下.醫(yī)療垃圾焚燒飛灰與生活垃圾焚燒飛灰在成分上有很大區(qū)別，尤其是前者熱灼減率高[8]，主要原因是醫(yī)療垃圾焚燒廠的大氣污染排放物濃度標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格[3,9]，為降低排放尾氣中的二惡英(PCDD/Fs)、重金屬等污染物,在布袋除塵器前噴入大量活性炭，這些吸附二惡英、重金屬的活性炭大部分被轉(zhuǎn)移到布袋飛灰中.經(jīng)掃描電鏡及能譜分析發(fā)現(xiàn)，飛灰中存在高含量的C元素的絮狀物[10]，進(jìn)一步證實(shí)飛灰中活性炭粉是導(dǎo)致飛灰高灼減率的主要原因.國(guó)外關(guān)于活性炭對(duì)水泥固化影響有相近報(bào)道,His等[11]的研究表明，飛灰中活性炭的存在有利于降低填埋時(shí)二惡英的滲瀝性，Vikram等[12]證實(shí)活性炭有利于苯酚吸附在水泥固化體上，Poona等[13]卻發(fā)現(xiàn)含炭量高的飛灰的水泥固化體在養(yǎng)生初期的水化速率較低.但有關(guān)灰中活性炭對(duì)水泥固化體中重金屬滲瀝的影響鮮有報(bào)道.

　　2材料及方法

　　2.1實(shí)驗(yàn)用原料

　　飛灰樣品取自沈陽(yáng)危險(xiǎn)廢物焚燒中心的15t/d回轉(zhuǎn)窯醫(yī)療垃圾焚燒爐[1]，回轉(zhuǎn)窯后二燃室的溫度在1100℃以上，且煙氣在二燃室停留時(shí)間在2s以上，可使二惡英徹底分解及可燃物充分燃燼.該爐空氣污染控制裝置依次為急冷塔、半干法除酸塔、噴活性炭和石灰粉裝置、布袋除塵器，其爐型和煙氣凈化系統(tǒng)具有廣泛的代表性.本工作的實(shí)驗(yàn)物料取自焚燒爐的布袋除塵器排灰口，稱為飛灰(FlyAsh,FA)，灰樣在連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的一周內(nèi)采集，熱灼減率為31.2%[1].飛灰經(jīng)(600±25)℃灼燒3h后，去除活性炭等可燃物[14]，灼燒后的灰樣為灼燒灰(IncinerationFlyAsh,IFA),FA和IFA中重金屬含量及熱灼減率如表1所示.固化用水泥為325#普通硅酸鹽水泥(OrdinaryPortlandCement,OPC)，化學(xué)成分見(jiàn)表2.

　　2.2實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)試儀器

　　將FA與水泥按一定質(zhì)量比混合，F(xiàn)A分別占10%,20%,30%,40%,60%(記為F10,F20,F30,F40,F60)，相同IFA配比制得的固化體分別為IF10,IF20,IF30,IF40,IF60).灰和水泥混合均勻后，根據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)稠度加入去離子水，攪拌3min，將攪拌均勻的混合物料注入40mm×40mm×40mm的試模中，振實(shí)后在室溫下養(yǎng)生24h，成型后脫模并將試體放入(20±2)℃、濕度大于90%的恒溫恒濕箱中分別養(yǎng)護(hù)3,7,14和28d，拆模取出試樣，測(cè)量無(wú)側(cè)壓抗壓強(qiáng)度.破碎后的試塊浸入無(wú)水乙醇?丙酮的混合液中洗滌，結(jié)束其水化反應(yīng)，然后在70～80℃的烘箱中放置4h，烘干后破碎到相應(yīng)粒度，進(jìn)行重金屬滲瀝濃度測(cè)試.

　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1活性炭對(duì)水泥固化體凝結(jié)時(shí)間的影響

　　摻不同量FA和IFA的水泥混合物的凝結(jié)時(shí)間如圖1所示.F10,F20,F30,F40,F60對(duì)應(yīng)的水泥終凝時(shí)間分別為11,14.5,22,44,63h，而IF10,IF20,IF30,IF40,IF60對(duì)應(yīng)的終凝時(shí)間分別為9,12,17,29,45h.意大利等國(guó)家規(guī)定飛灰水泥固化體終凝時(shí)間應(yīng)低于48h[15],F60水泥固化體的凝結(jié)時(shí)間超過(guò)該值，而IF60的凝結(jié)時(shí)間低于該值.

　　3.2活性炭對(duì)水泥固化體抗壓強(qiáng)度的影響

　　目前，國(guó)內(nèi)對(duì)飛灰水泥固化體的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有明確標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外以養(yǎng)生7d的抗壓強(qiáng)度作為指標(biāo),要求水泥固化體7d的抗壓強(qiáng)度不低于0.2MPa[5,15].

　　不同摻量的FA和IFA水泥固化體的抗壓強(qiáng)度發(fā)展如圖2所示.從圖2(a)可以看出,FA10,FA20,FA30,FA40,FA50,FA60的水泥固化體7d的抗壓強(qiáng)度分別為同齡期OPC的43.7%,9.6%,3.9%,1.2%,1.0%，尤其是F40和F60,7d的抗壓強(qiáng)度僅達(dá)到0.187和0.16MPa，低于要求值，無(wú)法滿足填埋要求.與FA水泥固化體相比，在相同摻量和齡期下IFA水泥固化體的抗壓強(qiáng)度均高，如圖2(b)所示.IF40和IF60的7d抗壓強(qiáng)度分別為0.7和0.52MPa，達(dá)到要求值(0.2MPa).

　　4活性炭作用機(jī)理分析

　　由于FA中存在的活性炭具有多孔性及疏水性，活性炭容易將水泥熟料包裹在其孔洞內(nèi)部，形成保護(hù)膜，阻礙水分與水泥熟料充分接觸，使水化反應(yīng)延緩，從而延遲水泥固化的凝結(jié)時(shí)間，最終導(dǎo)致FA水泥固化體的凝結(jié)時(shí)間高于IFA水泥固化體.

　　水泥抗壓強(qiáng)度是水泥水化產(chǎn)物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的[19]，F(xiàn)A中高含量的活性炭不僅減少了起連接作用的水泥水化產(chǎn)物量，而且會(huì)破壞水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，使水泥體難以形成彼此粘結(jié)緊密的整體結(jié)構(gòu).可見(jiàn)，活性炭存在使FA水泥固化體的抗壓強(qiáng)度降低，并且FA摻量越多強(qiáng)度降低越明顯.

　　活性炭引起FA水泥固化體重金屬滲瀝濃度較IFA高的原因有兩方面：(1)活性炭的存在使水泥固化體中對(duì)重金屬起固化作用的鈣礬石(AFt)和水化硅酸鈣(C?S?H凝膠)兩種水化產(chǎn)物數(shù)量減少[17]，從而使重金屬不易被穩(wěn)定；(2)由于FA中的活性炭使其水泥固化體的孔隙率比IFA水泥固化體的孔隙率高，孔隙率越高，浸出液越容易進(jìn)入固化體內(nèi)，固化體孔隙中重金屬浸出越多.

　　5結(jié)論

　　對(duì)醫(yī)療垃圾焚燒布袋飛灰和其灼燒去除活性炭等可燃物后的灰樣水泥固化體的凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、重金屬浸出毒性等進(jìn)行了比較，得出如下結(jié)論：

　　(1)摻60%FA的水泥固化體終凝時(shí)間長(zhǎng)達(dá)63h，超出48h的限值，相同IFA配比的水泥固化體凝結(jié)時(shí)間低于限值.

　　(2)摻40%和60%FA的水泥固化體7d的抗壓強(qiáng)度僅為0.187和0.16MPa，未達(dá)到0.2MPa的要求值，兩種配比下IFA固化體的抗壓強(qiáng)度均達(dá)標(biāo).

　　(3)摻40%和60%FA的水泥固化體中Pb的滲瀝濃度分別為5.634和6.032mg/L，均超過(guò)5mg/L的限值，IFA水泥固化體中僅摻量60%的Pb滲瀝濃度超過(guò)限值.

　　(4)醫(yī)療垃圾焚燒飛灰中活性炭等可燃物是導(dǎo)致水泥固化體凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、抗壓強(qiáng)度降低、重金屬滲瀝濃度升高的主要原因.

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　　劉漢橋1,2，魏國(guó)俠1，張曙光2，蔡九菊3