en
×

分享给微信好友或者朋友圈

使用微信“扫一扫”功能。
参考文献 1
中国环境保护产业协会城市生活垃圾处理专业委员会. 城市生活垃圾处理行业2017年发展综述[J]. 中国环保产业, 2017(4): 9-15.
参考文献 2
ABANADESS, FLAMANTG, GAGNEPAINB, et al. Fate of heavy metals during municipal solid waste incineration[J]. Waste Management & Research, 2002, 20(1): 55-68.
参考文献 3
RIMAITYTEI, DENAFASG, JAGERJ. Report: Environmental assessment of Darmstadt (Germany) municipal waste incineration plant[J]. Waste Management & Research, 2007, 25(2): 177-182.
参考文献 4
CHENGH, HUY. Municipal solid waste (MSW) as a renewable source of energy: Current and future practices in China[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(11): 3816-3824.
参考文献 5
PANY, YANGL, ZHOUJ, et al. Characteristics of dioxins content in fly ash from municipal solid waste incinerators in China[J]. Chemosphere, 2013, 92(7): 765-771.
参考文献 6
POLETTINIA, POMIR, TRINCIL, et al. Engineering and environmental properties of thermally treated mixtures containing MSWI fly ash and low-cost additives[J]. Chemosphere, 2004, 56(10): 901-910.
参考文献 7
刘清才, 鹿存房, 黄本生,等. 城市生活垃圾焚烧飞灰的熔融分离处理[J]. 环境工程学报, 2008, 2(10): 1403-1406.
参考文献 8
WANGF H, ZHANGF, CHENY J, et al. A comparative study on the heavy metal solidification/stabilization performance of four chemical solidifying agents in municipal solid waste incineration fly ash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2015, 300:451-458.
参考文献 9
GUOX, SHIH, HUW, et al. Durability and microstructure of CSA cement-based materials from MSWI fly ash[J]. Cement & Concrete Composites, 2014, 46(2): 26-31.
参考文献 10
NAW. Production of sludge ceramsite from sewage sludge, municipal solid waste incineration fly ash and clay[J]. Nature Environment and Pollution Technology, 2015, 14(1): 153-156.
参考文献 11
TANW F, WANGL, HUANGC, et al. Municipal solid waste incineration fly ash sintered lightweight aggregates and kinetics model establishment[J]. International Journal of Environmental Science and Technology, 2013, 10(3): 465-472.
参考文献 12
HUN, ZHENGJ, DINGD, et al. Metal pollution in huayuan river in hunan province in china by manganese sulphate waste residue[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2009, 83(4): 583-590.
参考文献 13
SILVAM A R, MATERL, SOUZA-SIERRAM M, et al. Small hazardous waste generators in developing countries: Use of stabilization/solidification process as an economic tool for metal wastewater treatment and appropriate sludge disposal[J]. Journal of Hazardous Materials, 2007, 147(3): 986-990.
参考文献 14
NINGD, WANGF, ZHOUC B, et al. Analysis of pollution materials generated from electrolytic manganese industries in China[J]. Resources Conservation & Recycling, 2010, 54(8): 506-511.
参考文献 15
胡春燕, 于宏兵. 电解锰渣制备陶瓷砖[J]. 硅酸盐通报, 2010, 29(1): 112-115.
参考文献 16
张金龙, 彭兵, 柴立元, 等. 电解锰渣-页岩-粉煤灰烧结砖的研制[J]. 环境科学与技术, 2011, 34(1): 144-147.
参考文献 17
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 轻集料及其试验方法: GB/T 17431-2010[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010.
参考文献 18
国家环境保护总局. 固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法: HJ/T 300-2007[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2007.
参考文献 19
樊臻. 污泥陶粒的制备及其机理研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2015.
参考文献 20
高礼雄, 丁庆军, 王发洲. 粉煤灰陶粒的研制[J]. 河南建材, 2002(1): 3-4.
参考文献 21
谭文发. 城市生活垃圾焚烧飞灰特性与资源化利用: 烧制轻质陶粒研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2013.
参考文献 22
罗忠涛, 肖宇领, 杨久俊, 等. 垃圾焚烧飞灰有毒重金属固化稳定技术研究综述[J]. 环境污染与防治, 2012, 34(8): 58-62.
目录 contents

    摘要

    为减少城市生活垃圾焚烧飞灰(简称飞灰)与电解锰渣中的重金属对环境的危害,考察了利用两者辅以粉煤灰烧制陶粒的可行性。通过单因素实验确定原材料最佳配比以及最宜烧制工艺条件,并对焙烧后陶粒的微观形貌以及重金属浸出浓度进行分析。结果表明:随着飞灰掺量的增加,陶粒的颗粒强度与堆积密度降低,1 h吸水率升高;确定最佳原料配比为飞灰掺量12%、电解锰渣掺量43%、粉煤灰掺量45%;确定最宜烧制工艺条件为预热温度600 ℃、焙烧温度1 140 ℃。在最佳条件下,烧制陶粒的颗粒强度为769 N,堆积密度为687 kg·m-3,1 h吸水率为6.44%。通过微观结构观察,陶粒表面致密呈釉化,内部呈现多孔隙结构。陶粒中重金属浸出浓度均低于国家标准。此陶粒的使用可为飞灰与电解锰渣资源化利用提供参考。

    Abstract

    In order to reduce the harm to the environment from the heavy metals in municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash and electrolytic manganese residues (EMR), the feasibility of preparing ceramsite with these two solid wastes, and coal fly ash as an auxiliary one was investigated. The single-factor experiments were conducted to determine the optimal mixture ratio of raw materials and the most suitable sintering conditions, and the morphology of ceramsite and its heavy metals leaching were analyzed. The results showed that with the doping amount increase of MSWI fly ash, granule strength and bulk density of ceramsite decreased, while its 1 h water absorption increased. The optimum mixture ratios of raw materials were 12% of MSWI fly ash, 43% of EMR and 45% of coal fly ash. The most suitable sintering conditions were preheating temperature of 600 °C and roasting temperature of 1 140 °C. Under this condition, the prepared ceramsite had a granule strength of 769 N, bulk density of 687 kg·m-3, and 1 h water absorption of 6.44%. Through analyzing microstructure of ceramsite, a succession glaze layer and internal pore structure appeared, and the leaching concentrations of heavy metals from ceramsite were lower than the national standard. It was a novel approach to utilize MSWI fly ash and EMR.

    胡超超, 王里奥, 詹欣源, 等. 城市生活垃圾焚烧飞灰与电解锰渣烧制陶粒 [J]. 环境工程学报, 2019, 13(1): 177-185.

    截至2016年,中国共有249座城市生活垃圾焚烧厂,均处于运行状态,全年垃圾焚烧处理量已占无害化处理量的37.50%[1]。垃圾焚烧已成为全国各大城市处理固体废物广泛适用的方[2,3]。然而,在城市生活垃圾焚烧过程中会产生生活垃圾焚烧飞灰(简称飞灰),其富含铅、铬、镉、锌、铜等有毒重金属。这些重金属容易浸出,对地下水、土壤和空气造成二次污[4,5]。目前,国内外对飞灰的处理方法主要有熔融固化法、化学药剂稳定化处理和水泥固化法等。高温熔融固化技术存在投资大和能耗高等缺[6,7]。化学药剂处理则具有工艺复杂、易产生二次污染等缺[8]。水泥固化法虽具有工艺简单的优点,但存在设备投资大、能耗高、运行成本高等缺[9]。将飞灰混合其他物质在低于熔点的温度下(通常900~1 200 ℃)烧结成陶粒是一种较好的处理方法。NA[10]研究用飞灰、污泥与黏土混烧,制得满足轻集料700级相应要求的轻质陶粒。TAN[11]用飞灰、页岩与锯末混烧,制得堆积密度为613 kg·m-3、颗粒强度为821 N、吸水率为11.6%,并且重金属浸出率较低的陶粒。

    电解锰渣是电解金属锰行业产生的主要固体废物,不仅占用了大量的土地,而且存在一定量的可溶性重金属离子,如Cr3+、Cd2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+等,如果对其处理不当,可能会成为潜在的污染[12,13,14]。另外,电解锰渣含有较高的SiO2、Al2O3和其他氧化物,是成陶的主要成[15]。已有研究证明,在高温烧结过程中,可以实现对电解锰渣中重金属的固[16],故电解锰渣可作为制备陶粒的原材料。目前,利用飞灰与电解锰渣混烧制备陶粒的研究尚未见报道。本研究以飞灰、电解锰渣为主要原料,粉煤灰为辅料进行混合烧制陶粒的实验研究,同时研究飞灰的掺量、焙烧工艺条件对陶粒性能的影响以及分析陶粒的微观形貌和重金属毒性浸出特性,为飞灰与电解锰渣的资源化利用提供参考。

  • 1 材料与方法

    1
  • 1.1 实验原料

    1.1

    飞灰取自重庆市某垃圾焚烧厂,含水率1.08%、烧失量16.98%、堆积密度0.71 g·cm-3。电解锰渣采自重庆市某锰业公司,含水率27.28%、烧失量21.04%、堆积密度0.82 g·cm-3。粉煤灰取自重庆市某发电厂的Ⅲ级粉煤灰,为灰色颗粒,含水率0.11%、烧失量4.78%、堆积密度1.12 g·cm-3,其用于增加陶粒硅铝含量。将飞灰、电解锰渣和煤粉煤灰在105 ℃下干燥至恒重,然后研磨并通过0.154 mm筛。飞灰、电解锰渣和粉煤灰的化学特性如表1所示。飞灰和电解锰渣重金属含量如表2所示。

    表1 原材料的主要化学组分

    Table 1 Main chemical composition of materials %

    供试原料SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOK2ONa2OSO3Cl其他
    飞灰3.430.800.781.1441.116.6313.045.6724.143.26
    电解锰渣36.3510.375.836.1513.322.580.6119.645.05
    粉煤灰66.0416.075.572.442.924.411.331.22

    表2 飞灰和电解锰渣中重金属含量

    Table 2 Content of heavy metals in MSWI fly ash and EMRmg·kg-1

    供试原料ZnCuCrCdPb
    飞灰6 195.00805.23114.75252.453 383.24
    电解锰渣324.64277.14103.827.151 532.32
  • 1.2 测试仪器

    1.2

    实验采用微型辊筒球磨机(山东龙兴化工机械集团);CS101型电热鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司);SRXZ-10-13型实验室电阻炉(重庆建川电炉厂);YHKC-2A颗粒强度测定仪(泰州雷磁设备有限公司);XRF-1800型X射线荧光光谱仪(日本岛津公司);JSM-7800F型场发射扫描电子显微镜(日本岛津公司);MARS型微波消解仪(上海帝博思生物科技有限公司)。

  • 1.3 实验方法

    1.3

    各原料配比方案如表3所示,据此设计单因素实验考察飞灰掺量、预热温度和焙烧温度对陶粒性能的影响。具体实验步骤如下:将飞灰、电解锰渣和粉煤灰根据配比方案混合,按照固液比4∶1加入蒸馏水,采用手工制成直径大约10~15 mm的颗粒,造粒后的生料放在105 ℃的烘箱内干燥24 h,然后放入电阻炉进行预热,再经高温烧结完成后取出,在空气中自然冷却至室温,实验流程如图1所示。按照《轻集料及其试验方法》(GB/T 17431-2010)[17]对陶粒的颗粒强度、堆积密度和1 h吸水率进行测定。

    表3 原料配比方案

    Table 3 Scheme of raw material ratio %

    样品编号飞灰电解锰渣粉煤灰
    105545
    245145
    384745
    4124345
    5163945
    6203545
    7243145
    图1
                            实验工艺流程图

    图1 实验工艺流程图

    Fig.1 Experimental process diagram

  • 1.4 重金属浸出实验

    1.4

    采用《固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓存溶液法》(HJ/T 300-2007)[18]对飞灰、电解锰渣和烧成陶粒中的重金属浸出浓度进行测定。

  • 2 结果与讨论

    2
  • 2.1 原料配方及烧制工艺条件确定

    2.1
  • 2.1.1 垃圾焚烧飞灰掺量对陶粒性能的影响

    2.1.1

    在粉煤灰掺量为45%,预热温度为500 ℃、预热时间为20 min、焙烧温度为1 120 ℃、焙烧时间为14 min的条件下,考察飞灰掺量对陶粒性能的影响。如图2所示,随着飞灰掺量由0%增加到8%,陶粒的颗粒强度先由543 N增大到603 N,但进一步增加飞灰掺量至20%,陶粒的颗粒强度逐渐下降至最低为402 N。这是因为飞灰成分中Si-Al含量低,随飞灰掺量增大,陶粒的主要组分不断降低,导致陶粒颗粒强度下降。在飞灰掺量由0%增加至24%的过程中,陶粒的堆积密度呈现下降趋势,由734 kg·m-3减小至631 kg·m-3,仅在飞灰掺量为24%时有较小波动。这是由于飞灰的堆积密度低且烧失量较高,在高温焙烧过程中,会产生较多的气体,如SO3、CO2、氯盐等成为陶粒的天然造孔剂,从而有利于降低陶粒的堆积密度。对陶粒的1 h吸水率而言,当飞灰掺量由0%增加至24%时,陶粒的吸水率呈现升高趋势;在飞灰掺量为24%时,吸水率最高达15.28%,仅在4%到12%之间有较小波动。这是由于随着飞灰掺量增加,高温焙烧过程中陶粒内部空隙增多,导致吸水率升高。为满足陶粒高强度低密度的性能,故飞灰的掺量不宜太大。综合考虑,确定飞灰掺量为12%、电解锰渣掺量为43%、粉煤灰掺量为45%。

    图2
                            飞灰掺量与陶粒性能的关系

    图2 飞灰掺量与陶粒性能的关系

    Fig. 2 Relationship between content of MSWI fly ash and performance of ceramsite

  • 2.1.2 预热温度对陶粒性能的影响

    2.1.2

    在飞灰掺量12%、电解锰渣掺量43%、粉煤灰掺量45%,预热时间20 min、烧焙温度1 120 ℃、焙烧时间14 min的条件下,考察预热温度对陶粒性能的影响。如图3所示,在预热温度由300 ℃上升至700 ℃的过程中,陶粒的颗粒强度呈明显上升趋势,由342 N增加至601 N。这是由于陶粒生料中的可挥发气体随预热温度上升而挥发速率加快,在高温焙烧时,陶粒内部产气将会减少,而助熔物Na2O、K2O等与SiO2、Al2O3共熔,形成钠长石(Na2O·Al2O3·6SiO2)、钾长石(K2O·Al2O3·6SiO2)等黏度较小的玻璃态物质,增加了陶粒内部颗粒黏结性,使陶粒的颗粒强度增[19]。陶粒的堆积密度在预热温度由300 ℃至400 ℃过程中有下降趋势;而在400 ℃至700 ℃的过程中,陶粒的堆积密度由647 kg·m-3增加至702 kg·m-3。在低温预热阶段,陶粒生料中气体挥发不充分,导致在高温焙烧时产气过多,疏松陶粒内部结构,降低了陶粒的堆积密度;而随预热温度升高,陶粒生料中气体挥发速率加快,使陶粒焙烧时产气少、孔隙减少,增大了陶粒的堆积密度。在预热温度由300 ℃至400 ℃上升的过程中,陶粒的吸水率先上升至最高15.21%;在随后400 ℃加热至700 ℃的过程中,陶粒的吸水率下降至最低为11.21%。造成这一现象的原因是,随着预热温度升高,焙烧出的陶粒内部孔隙减少,结构密实,导致吸水率降低。经综合考虑,确定最佳预热温度为600 ℃。

    图3
                            预热温度与陶粒性能的关系

    图3 预热温度与陶粒性能的关系

    Fig. 3 Relationship between preheating temperature and performance of ceramsite

  • 2.1.3 焙烧温度对陶粒性能的影响

    2.1.3

    在确定飞灰掺量12%、电解锰渣掺量43%、粉煤灰掺量45%、预热温度600 ℃、预热时间20 min、焙烧时间14 min的条件下,考察焙烧温度对陶粒性能的影响。如图4所示,随着焙烧温度由1 080 ℃升至1 140 ℃时,陶粒的颗粒强度由254 N增大至769 N,然而继续将焙烧温度上升至1 160 ℃,陶粒的颗粒强度下降至560 N。这是因为随焙烧温度升高,陶粒表面开始出现液相,在增加颗粒黏结性的同时,填充陶粒空隙使内部结构致密化,有利于增大陶粒强度;而焙烧温度超过1 140 ℃之后,陶粒液相增多,内部结构发生变形破损,导致陶粒颗粒强度急剧降低。陶粒的堆积密度在随焙烧温度上升过程中,呈现增大趋势,由587 kg·m-3增大至754 kg·m-3,仅在1 080 ℃至1 100 ℃过程中,有较小的波动;焙烧温度超过1 140 ℃,陶粒形成液相填充陶粒的空隙,使得堆积密度升高。陶粒的吸水率呈现出相反趋势,随着焙烧温度升高,吸水率呈现减小趋势,由19.52%减小至4.54%,仅在1 080 ℃至1 100 ℃过程中,吸水率有增大波动。综上所述,最佳焙烧温度确定为1 140 ℃。至此,在最优条件下,陶粒性能为颗粒强度769 N、堆积密度687 kg·m-3、1 h吸水率6.44%。

    图4
                            焙烧温度与陶粒性能的关系

    图4 焙烧温度与陶粒性能的关系

    Fig. 4 Relationship between sintering temperature and performance of ceramsite

  • 2.2 陶粒微观形貌分析

    2.2

    在最佳配方与烧制条件下制备的陶粒,样品如图5所示。通过扫描电子显微镜(SEM)和带能量色散X射线能谱(EDS)测试观察陶粒产品的表面及剖面微观形貌,陶粒产品试样的表层及剖面SEM微观结构照片见图6。如图6(a)和图6(b)所示,陶粒表面气孔较少,较为密实。这是由于表面Na、K、Mg等碱性氧化物在陶粒烧制过程中起助熔作用,陶粒表面温度升高出现熔融相,在陶粒表面形成包浆致密化。如图6(c)和图6(d)所示,陶粒内部出现许多大小不一的孔隙,这是在高温烧结过程中SO3、Fe2O3、氯盐等受热产气造成的。有研[20]表明,陶粒多孔隙结构主要是由于气体在高温过程中挥发与陶粒高温形成液相作用的结果。因此,陶粒的最佳烧成温度应与熔融温度十分接近,陶粒高温形成液相抑制气体逸出,降低陶粒堆积密度的同时,可增强陶粒内部颗粒黏结性,提高陶粒强度。

    图5
                            陶粒样品图

    图5 陶粒样品图

    Fig. 5 Images of ceramsite samples

    陶粒产品试样表层及剖面的EDS微观结构能谱选择区域及结果见图7。如图7所示,陶粒表层及剖面的EDS图谱基本类似,陶粒元素构成均以Si、Al、Fe、Ca为主,但其元素含量在陶粒表层和剖面略有差异,由图7(b)与图7(d)对比可知,陶粒表层Fe、Ca、K等元素含量较低。这是因为碱土类氧化物和碱性氧化物在陶粒烧制过程中起助熔作用,陶粒表层温度升高快而出现熔融相,逐步向陶粒内部迁移填充空[21]

    图6
                            陶粒的SEM图

    图6 陶粒的SEM图

    Fig. 6 SEM images of ceramsite

    图7
                            陶粒的EDS图谱

    图7 陶粒的EDS图谱

    Fig. 7 EDS spectra of ceramsite

  • 2.3 重金属毒性浸出效果分析

    2.3

    陶粒重金属浸出浓度见表4。飞灰、电解锰渣和陶粒中的重金属浸出浓度对比情况见图8。结果表明,焙烧陶粒中的重金属浸出浓度远远低于飞灰与电解锰渣中的重金属浸出浓度,说明飞灰、电解锰渣和粉煤灰烧制陶粒可以有效地固化飞灰与电解锰渣中的重金属。另一方面,如表4所示,依据《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)及《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008),考察焙烧陶粒的重金属浸出浓度,发现焙烧后陶粒中的重金属浸出浓度均低于相关标准指标。通过高温焙烧产生的挥发、化学反应等作用,能使重金属由弱酸提取态转化为残渣态,可降低其浸出毒性而减小对环境影响的作[22]。但需要指出的是,由于部分重金属在焙烧过程中挥发,因此,利用飞灰烧制陶粒的生产过程中必须加强对烟气的处理,以防造成空气污染。

    表4 陶粒重金属浸出浓度(mg·L-1)

    Table 4 Heavy metal leaching concentrations from ceramsite(mg·L-1)

    重金属种类陶粒重金属浸出浓度GB 5085.3-2007GB 16889-2008
    Cu4.3110040
    Pb0.1150.25
    Cd0.0210.15
    Zn1.95100100
    Cr0.07154.5
    图8
                            重金属浸出浓度对比

    图8 重金属浸出浓度对比

    Fig. 8 Comparison of heavy metal leaching concentration

  • 3 结论

    3

    1) 随着陶粒生料中飞灰掺量增加,陶粒的颗粒强度与堆积密度降低、1 h吸水率升高。最佳配比为飞灰12%、电解锰渣43%、粉煤灰45%。最佳烧制工艺为预热温度600 ℃、焙烧温度1 140 ℃。在最佳条件下,烧制陶粒的颗粒强度为769 N,堆积密度为687 kg·m-3,吸水率为6.44%。

    2) 扫描电子显微镜(SEM)和带能量色散X射线能谱(EDS)测试分析表明,在1 140 ℃下,焙烧的陶粒表面致密呈现釉化,内部形成多孔隙结构;陶粒表面Fe、Ca、K等碱性氧化物含量相比较于内部有所减少。

    3) 重金属浸出实验表明,通过高温焙烧可以将垃圾焚烧飞灰和电解锰渣中的重金属等有害物质有效地固化在硅铝骨架的晶格中,陶粒中重金属浸出浓度均低于国家标准。此研究为飞灰与电解锰渣资源化利用提供了新的方法。

  • 参 考 文 献

    • 1

      中国环境保护产业协会城市生活垃圾处理专业委员会. 城市生活垃圾处理行业2017年发展综述[J]. 中国环保产业, 2017(4): 9-15.

    • 2

      ABANADES S, FLAMANT G, GAGNEPAIN B, et al. Fate of heavy metals during municipal solid waste incineration[J]. Waste Management & Research, 2002, 20(1): 55-68.

    • 3

      RIMAITYTE I, DENAFAS G, JAGER J. Report: Environmental assessment of Darmstadt (Germany) municipal waste incineration plant[J]. Waste Management & Research, 2007, 25(2): 177-182.

    • 4

      CHENG H, HU Y. Municipal solid waste (MSW) as a renewable source of energy: Current and future practices in China[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(11): 3816-3824.

    • 5

      PAN Y, YANG L, ZHOU J, et al. Characteristics of dioxins content in fly ash from municipal solid waste incinerators in China[J]. Chemosphere, 2013, 92(7): 765-771.

    • 6

      POLETTINI A, POMI R, TRINCI L, et al. Engineering and environmental properties of thermally treated mixtures containing MSWI fly ash and low-cost additives[J]. Chemosphere, 2004, 56(10): 901-910.

    • 7

      刘清才, 鹿存房, 黄本生,等. 城市生活垃圾焚烧飞灰的熔融分离处理[J]. 环境工程学报, 2008, 2(10): 1403-1406.

    • 8

      WANG F H, ZHANG F, CHEN Y J, et al. A comparative study on the heavy metal solidification/stabilization performance of four chemical solidifying agents in municipal solid waste incineration fly ash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2015, 300:451-458.

    • 9

      GUO X, SHI H, HU W, et al. Durability and microstructure of CSA cement-based materials from MSWI fly ash[J]. Cement & Concrete Composites, 2014, 46(2): 26-31.

    • 10

      NA W. Production of sludge ceramsite from sewage sludge, municipal solid waste incineration fly ash and clay[J]. Nature Environment and Pollution Technology, 2015, 14(1): 153-156.

    • 11

      TAN W F, WANG L, HUANG C, et al. Municipal solid waste incineration fly ash sintered lightweight aggregates and kinetics model establishment[J]. International Journal of Environmental Science and Technology, 2013, 10(3): 465-472.

    • 12

      HU N, ZHENG J, DING D, et al. Metal pollution in huayuan river in hunan province in china by manganese sulphate waste residue[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2009, 83(4): 583-590.

    • 13

      SILVA M A R, MATER L, SOUZA-SIERRA M M, et al. Small hazardous waste generators in developing countries: Use of stabilization/solidification process as an economic tool for metal wastewater treatment and appropriate sludge disposal[J]. Journal of Hazardous Materials, 2007, 147(3): 986-990.

    • 14

      NING D, WANG F, ZHOU C B, et al. Analysis of pollution materials generated from electrolytic manganese industries in China[J]. Resources Conservation & Recycling, 2010, 54(8): 506-511.

    • 15

      胡春燕, 于宏兵. 电解锰渣制备陶瓷砖[J]. 硅酸盐通报, 2010, 29(1): 112-115.

    • 16

      张金龙, 彭兵, 柴立元, 等. 电解锰渣-页岩-粉煤灰烧结砖的研制[J]. 环境科学与技术, 2011, 34(1): 144-147.

    • 17

      中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 轻集料及其试验方法: GB/T 17431-2010[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010.

    • 18

      国家环境保护总局. 固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法: HJ/T 300-2007[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2007.

    • 19

      樊臻. 污泥陶粒的制备及其机理研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2015.

    • 20

      高礼雄, 丁庆军, 王发洲. 粉煤灰陶粒的研制[J]. 河南建材, 2002(1): 3-4.

    • 21

      谭文发. 城市生活垃圾焚烧飞灰特性与资源化利用: 烧制轻质陶粒研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2013.

    • 22

      罗忠涛, 肖宇领, 杨久俊, 等. 垃圾焚烧飞灰有毒重金属固化稳定技术研究综述[J]. 环境污染与防治, 2012, 34(8): 58-62.

胡超超

机 构:

1. 重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400044

2. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044

Affiliation:

1. College of Resources and Environmental Science, Chongqing University, Chongqing 400044, China

2. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China

角 色:第一作者

Role:First author

邮 箱:285527481@qq.com

第一作者简介:胡超超(1991— ),男,硕士研究生。研究方向:固体废物处理处置及资源化利用。E-mail:285527481@qq.com

王里奥

机 构:

1. 重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400044

2. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044

Affiliation:

1. College of Resources and Environmental Science, Chongqing University, Chongqing 400044, China

2. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China

角 色:通讯作者

Role:Corresponding author

邮 箱:wangliao@cqu.edu.cnwangliao@cqu.edu.cn

作者简介:王里奥(1956— ),女,博士,教授。研究方向:固体废物处理处置及资源化利用。E-mail:wangliao@cqu.edu.cn

詹欣源

机 构:

1. 重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400044

2. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044

Affiliation:

1. College of Resources and Environmental Science, Chongqing University, Chongqing 400044, China

2. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China

龚健

机 构:

1. 重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400044

2. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044

Affiliation:

1. College of Resources and Environmental Science, Chongqing University, Chongqing 400044, China

2. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China

柏继松

机 构:重庆市生活垃圾资源化处理协同创新中心,重庆 401331

Affiliation:Chongqing Municipal Solid Waste Resource Utilization and Treatment Collaborative Innovation Center, Chongqing 401331, China

杨鲁

机 构:重庆市生活垃圾资源化处理协同创新中心,重庆 401331

Affiliation:Chongqing Municipal Solid Waste Resource Utilization and Treatment Collaborative Innovation Center, Chongqing 401331, China

金曙光,郑晓梅,张利田

角 色:中文编辑

Role:Editor

供试原料SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOK2ONa2OSO3Cl其他
飞灰3.430.800.781.1441.116.6313.045.6724.143.26
电解锰渣36.3510.375.836.1513.322.580.6119.645.05
粉煤灰66.0416.075.572.442.924.411.331.22
供试原料ZnCuCrCdPb
飞灰6 195.00805.23114.75252.453 383.24
电解锰渣324.64277.14103.827.151 532.32
样品编号飞灰电解锰渣粉煤灰
105545
245145
384745
4124345
5163945
6203545
7243145
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F002.jpg
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F001.jpg
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F003.jpg
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F005.jpg
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F004.jpg
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F007.jpg
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F006.jpg
重金属种类陶粒重金属浸出浓度GB 5085.3-2007GB 16889-2008
Cu4.3110040
Pb0.1150.25
Cd0.0210.15
Zn1.95100100
Cr0.07154.5
/html/teepc_cn/201806068/alternativeImage/71bb9e37-8c36-4c71-820f-183800943d27-F008.jpg

表1 原材料的主要化学组分

Table 1 Main chemical composition of materials %

表2 飞灰和电解锰渣中重金属含量

Table 2 Content of heavy metals in MSWI fly ash and EMRmg·kg-1

表3 原料配比方案

Table 3 Scheme of raw material ratio %

图1 实验工艺流程图

Fig.1 Experimental process diagram

图2 飞灰掺量与陶粒性能的关系

Fig. 2 Relationship between content of MSWI fly ash and performance of ceramsite

图3 预热温度与陶粒性能的关系

Fig. 3 Relationship between preheating temperature and performance of ceramsite

图4 焙烧温度与陶粒性能的关系

Fig. 4 Relationship between sintering temperature and performance of ceramsite

图5 陶粒样品图

Fig. 5 Images of ceramsite samples

图6 陶粒的SEM图

Fig. 6 SEM images of ceramsite

图7 陶粒的EDS图谱

Fig. 7 EDS spectra of ceramsite

表4 陶粒重金属浸出浓度(mg·L-1)

Table 4 Heavy metal leaching concentrations from ceramsite(mg·L-1)

图8 重金属浸出浓度对比

Fig. 8 Comparison of heavy metal leaching concentration

image /

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

无注解

  • 参 考 文 献

    • 1

      中国环境保护产业协会城市生活垃圾处理专业委员会. 城市生活垃圾处理行业2017年发展综述[J]. 中国环保产业, 2017(4): 9-15.

    • 2

      ABANADES S, FLAMANT G, GAGNEPAIN B, et al. Fate of heavy metals during municipal solid waste incineration[J]. Waste Management & Research, 2002, 20(1): 55-68.

    • 3

      RIMAITYTE I, DENAFAS G, JAGER J. Report: Environmental assessment of Darmstadt (Germany) municipal waste incineration plant[J]. Waste Management & Research, 2007, 25(2): 177-182.

    • 4

      CHENG H, HU Y. Municipal solid waste (MSW) as a renewable source of energy: Current and future practices in China[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(11): 3816-3824.

    • 5

      PAN Y, YANG L, ZHOU J, et al. Characteristics of dioxins content in fly ash from municipal solid waste incinerators in China[J]. Chemosphere, 2013, 92(7): 765-771.

    • 6

      POLETTINI A, POMI R, TRINCI L, et al. Engineering and environmental properties of thermally treated mixtures containing MSWI fly ash and low-cost additives[J]. Chemosphere, 2004, 56(10): 901-910.

    • 7

      刘清才, 鹿存房, 黄本生,等. 城市生活垃圾焚烧飞灰的熔融分离处理[J]. 环境工程学报, 2008, 2(10): 1403-1406.

    • 8

      WANG F H, ZHANG F, CHEN Y J, et al. A comparative study on the heavy metal solidification/stabilization performance of four chemical solidifying agents in municipal solid waste incineration fly ash[J]. Journal of Hazardous Materials, 2015, 300:451-458.

    • 9

      GUO X, SHI H, HU W, et al. Durability and microstructure of CSA cement-based materials from MSWI fly ash[J]. Cement & Concrete Composites, 2014, 46(2): 26-31.

    • 10

      NA W. Production of sludge ceramsite from sewage sludge, municipal solid waste incineration fly ash and clay[J]. Nature Environment and Pollution Technology, 2015, 14(1): 153-156.

    • 11

      TAN W F, WANG L, HUANG C, et al. Municipal solid waste incineration fly ash sintered lightweight aggregates and kinetics model establishment[J]. International Journal of Environmental Science and Technology, 2013, 10(3): 465-472.

    • 12

      HU N, ZHENG J, DING D, et al. Metal pollution in huayuan river in hunan province in china by manganese sulphate waste residue[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2009, 83(4): 583-590.

    • 13

      SILVA M A R, MATER L, SOUZA-SIERRA M M, et al. Small hazardous waste generators in developing countries: Use of stabilization/solidification process as an economic tool for metal wastewater treatment and appropriate sludge disposal[J]. Journal of Hazardous Materials, 2007, 147(3): 986-990.

    • 14

      NING D, WANG F, ZHOU C B, et al. Analysis of pollution materials generated from electrolytic manganese industries in China[J]. Resources Conservation & Recycling, 2010, 54(8): 506-511.

    • 15

      胡春燕, 于宏兵. 电解锰渣制备陶瓷砖[J]. 硅酸盐通报, 2010, 29(1): 112-115.

    • 16

      张金龙, 彭兵, 柴立元, 等. 电解锰渣-页岩-粉煤灰烧结砖的研制[J]. 环境科学与技术, 2011, 34(1): 144-147.

    • 17

      中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 轻集料及其试验方法: GB/T 17431-2010[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010.

    • 18

      国家环境保护总局. 固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法: HJ/T 300-2007[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2007.

    • 19

      樊臻. 污泥陶粒的制备及其机理研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2015.

    • 20

      高礼雄, 丁庆军, 王发洲. 粉煤灰陶粒的研制[J]. 河南建材, 2002(1): 3-4.

    • 21

      谭文发. 城市生活垃圾焚烧飞灰特性与资源化利用: 烧制轻质陶粒研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2013.

    • 22

      罗忠涛, 肖宇领, 杨久俊, 等. 垃圾焚烧飞灰有毒重金属固化稳定技术研究综述[J]. 环境污染与防治, 2012, 34(8): 58-62.