浅析生活垃圾焚烧后固体废物的处理

陈磊杰

泰和阳明青岛（检测）有限公司 山东青岛 266000

随着城市的发展，对垃圾处理提出了更高水平的要求。垃圾焚烧处理技术，可以将城市生活垃圾转变为无害物质，同时将焚烧得到的热量有效利用用来发电，并且降低了电能生产过程中对自然资源的消耗，一举三得。该种垃圾处理技术是目前垃圾处理最有效的方式，将垃圾无害化、减量化、资源化，符合我国垃圾处理的要求[1]。焚烧是一种效率较高成本低的城市垃圾处理方法，同时还能利用焚烧过程中产生的大量的热能用以发电，达到节约土地资源、有效利用再生资源的目的[2]。可燃物质在高温条件下氧化为二氧化碳和水，将垃圾形态转化到更小或者转化为其他物质，尽量减少垃圾填埋中对土壤、地下水的危害。但是，在垃圾焚烧过程中，同样会产生大量的气态污染物，甚至燃烧后的残渣也因其特殊的理化性质而具有一定的污染性。城市垃圾中约有85%为有机物，焚烧后的灰渣主要是飞灰和底灰，其中底灰约占85%，飞灰只占15%。分别用XRF技术测出垃圾焚烧底灰主要由CaO，SiO2，SO3，Al2O3，Fe2O3和Na2O等组成，而且不同地区的垃圾焚烧底灰的化学含量有所差异，但是这些成分与普通硅酸盐水泥成分相接近，可以部分或者全部代替胶凝材料。相关研究表明将垃圾焚烧灰作为水泥直接掺入材料中，试件出现膨胀、开裂、力学强度低等现象，是由于焚烧灰中含有金属铝与水泥发生水化反应产生氢气，导致了试件发生膨胀，孔隙增大。本研究用不同的碱处理方案对城市垃圾焚烧底灰进行预处理，将城市生活垃圾底灰在砂浆中作为部分水泥代替料进行了实验，并对其物理力学性能进行研究。

1 实验部分

1.1 实验原材料

（1）城市垃圾焚烧底灰。底灰样品取自西南地区某垃圾焚烧厂焚烧炉排渣口，样品中不包含焚烧飞灰。主要包括熔渣、陶瓷、玻璃碎片、金属制品和一些不可燃物质等。用电子秤称取约1．1kg的焚烧底灰放在105℃的烘箱中，将底灰烘至恒重后取出，参照规范《建设用砂》（GB/T14684—2011）对底灰进行粒径分析，可知，底灰的粒径分布较宽，其中，0．08～1．00mm，2．00 ～ 5．00mm 和5．00 ～ 9．50mm 所占比例分别为 32．0%，26．4% 和 32．1%。从颗粒粒径方面来看，焚烧底灰可以代替水泥或砂浆的骨料，本次试验选取粒径小于5mm的灰渣进行研究。

（2）水泥。在建材市场中购买的42．5级基准水泥，属于P．I型硅酸盐水泥，符合GB8076—2008附录A的规定。

（3）骨料。采用的砂浆骨料为中国ISO标准砂，在成都建材市场购得，标准砂的含湿量和颗粒粒径分布均符合GB/T17671—1999的相关规定。

（4）水。取自于成都理工大学基础力学实验室的普通自来水。

（5）化学试剂。NaOH，Na2CO3，Ca（OH）2。

1.2 实验过程

（1）预处理城市垃圾焚烧底灰。3种预处理方案，提前去除底灰中的活性金属，减少其对砂浆产生不利影响。分别采用化学试剂配制对应浓度的溶液，控制液固比不小于5。在处理结束时将底灰和处理液用滤纸过滤，将滤渣放在烘箱中于105℃条件下烘干24h，然后收集烘干后的生活垃圾焚烧底灰。最后用行星式球磨机将预处理后的焚烧底灰进行研磨。收集小于80μm的底灰微粉密封保存备用。

（2）城市垃圾焚烧底灰水泥砂浆配合比设计。根据国家推行标准GB/T17671—1999和建筑工业行业标准JG/T315—2011附录A中的相关规定，本试验采用40mm×40mm×160mm的标准模具，水灰比均为0．5。其中S0为对照组，不掺入生活垃圾焚烧底灰微粉，S1，S2，S3，S4为试验组，均用生活垃圾焚烧底灰微粉替代30%的胶凝材料等，其余材料用量与对照组相同，不同的是S1的底灰按照方案1预处理，S2的底灰按照方案2预处理，S3的底灰按照方案3用饱和Ca（OH）2溶液预处理，S4使用未经化学溶液处理的磨细垃圾焚烧底灰替代水泥。在制备砂浆样品时，按照GB/T17671—1999中规定，进行搅拌。依据GB/T2419—2005中要求的试验方法，采用NLD-3胶砂流动度测定仪分别测定各组胶砂流动度。将样品在饱和石灰水中固化，直到试验期龄7天和28天测抗压强度。

（3）测试方法。依据GB/T17671—1999中规定的试验方法，对砂浆试块依次进行抗折强度和抗压强度试验。测试试块抗折强度时试验机以（50±10）N/s的速率均匀加压，测试抗压强度时，以（2400±200）N/s的速率均匀加压，直到试块被完全破坏。

2 结语

本研究通过试验结果，可以得出以下几点结论：垃圾焚烧底灰经饱和Ca（OH）2溶液的处理，使底灰28d活性指数达到70%。满足规范JG/T315—2011规定28d活性指数大于65%的要求。表明底灰的活性是可以通过预处理继续提高的。当采用Na2CO3溶液对垃圾焚烧底灰进行预处理，会加快水泥的水化速度。当底灰粒径不大于5mm时，用液固比不小于5的饱和Ca（OH）2溶液在常温条件下浸泡15d，为适合我国西南地区生活垃圾焚烧底灰的较优预处理方案[3]，但是处理时间较长，需进一步研究适合我国西南地区城市生活垃圾焚烧底灰特性且经济有效的预处理方案。