基于市政垃圾焚烧底灰作为建筑填料的重金属浸出特性研究文献综述

 2022-07-21 09:07

前言

1.垃圾及垃圾底灰现状

随着社会经济的发展、城镇化进程的加快,越来越多的村镇人口涌入城市,导致城市人口快速膨胀,城市生活垃圾产量益增加,成为制约城市可持续发展的重要因素。据统计,我国城市生活垃圾年产量超过1亿t,且以每年10%的速度增长[1],己有200余座城市处于垃圾包围之中,对城市环境和居民身体健康造成了严重的威胁。

由于城市生活垃圾体积庞大数量繁多,目前国际上最有效的处理方式是采用垃圾焚烧法,垃圾焚烧技术可以使生活垃圾减容90%以上, 质量减少70%左右, 在垃圾焚烧减量的同时还可以获得电能[2]。因此, 焚烧法被认为是一种可以有效处理生活垃圾的方法。在日本、 瑞士、丹麦等国家,生活垃圾焚烧比例高达70%。而在我国,生活垃圾焚烧所占的比例呈现逐年上升趋势[3]。生活垃圾焚烧灰渣的主要成分有飞灰和炉渣,其中前者富集了很多重金属和二恶英类有机物,普遍认为其毒性相对较大需要按危险废物进行处理,而后者毒性则相对较低。目前的研究主要分两大类,一是把灰渣(尤其是底灰)当做废物进行固化或作稳定化后填埋,二是对其进行资源化利用。建材行业是一个对固体废弃物吸纳量最大的行业。因此,对我们而言,研究集中在垃圾焚烧灰渣的建材资源化上,目前飞灰和底灰的排放量大约是20/80,底灰占绝对优势[4];而且,从成分上看,底灰用于建筑材料的可能性更大,因此我们的研究主要针对底灰进行。底灰拥有相当含量的重金属,而飞灰不仅有超量的重金属,也含有大量的二噁英。和飞灰相比较,底灰的再生利用潜能大。很多国家都将焚烧后的底灰进行部分或全部卫生安全填埋,填埋会占用大量的宝贵土地,花费高昂的经济和社会成本,并不符合未来绿色可持续发展的方向。据报道在欧盟27%的城市固体垃圾被焚烧,据此估计每年产生16Mt的底灰,我国每年也平均产生500万t的炉渣残余物[5]。如此庞大的底灰数量是一个重要的管理问题。

研究表明,生活垃圾焚烧炉渣的物理化学和工程性质与轻质的天然骨料相似[6],且可浸出重金属(如Pb,Cd,Hg)和溶解盐的浓度在各种灰渣中基本是最低的,因此,利用焚烧灰渣生产混凝土空心砌块的技术是可行的。就国际上,炉渣的资源化利用途径主要有:①石油沥青路面的替代骨料:②水泥或混凝土的替代骨料;③填埋场覆盖材料:④路堤、路基等的填充材料等。如果考虑其利用位置,主要是被用作陆地水泥基及沥青基工程(如道路、停车场等)和海洋建筑工程(如人工暗礁、护岸等)[7]。虽然底灰在工程材料以及岩土工程等的相关领域成为研究热点,但在其他领域中尚未有如此进展。于是,底灰的处理技术以及循环利用便成了目前相关科技人员的重要研究课题。很多学者都针对不同的应用领域对底灰进行了多方面的研究。在大部分发达国家和城市,垃圾焚烧底灰被大力提倡进行资源再生利用,回收处理后的底灰可用于土木工程和道路工程建设。据悉,丹麦、荷兰、法国、德国的回收使用率在2003年就已达50%以上。

2.研究目的

通过对某市政垃圾焚烧厂底灰的物理化学特性做出分析,设计并规划焚烧底灰在填海造岛工程中的具体应用,并对其主要污染物,污染路径与污染环境影响做出分析,在此基础上对其污染物的传播以及在扩散中海洋生物的毒性做出相应的综合研判。

3.研究前沿

很多国家对沿海港口地区和工业地区等黄金地带的土地需求量升高,因而填海造地的规模也在爆发式增长。从环保角度而言,利用垃圾焚烧底灰来填海造地可以缓解日益紧张的填埋场地,并且可以实现焚烧底灰资源化问题; 从工程角度来看,这项技术可以减少传统高价砂石的使用,降低工程的时间和成本。 因此,对土地有限的国家和地区来说,该项绿色技术可解决缺少填埋场用地和填海材料的双重难题。其中新加坡和日本在利用固体废弃物做填海的领域有突出进展。

新加坡作为领土有限的岛国,在20世纪50年代就已开始填海工程,近年来填海规模已达到约为3/a.随着经济的持续发展,新加坡及其他世界各国对填海造地的需求也会不断增加。但是由于日益提高的环保要求,传统的填海材料、沙石等的开采越来越受限制。如能转化固体废物来替代传统的填海填料,将是一个绿色可持续的双赢战略,新加坡在2015年开设了第一家金属回收厂,专门回收垃圾焚烧底灰中的金属,在开设金属回收场之后,底渣中的重金属先进行有效回收,再与飞灰一起混合填埋。虽然处理后的底灰可减少10%的质量,但是仍有90%的底灰需进行填埋,所以资源化利用焚烧底灰是新加坡研究的重点课题。由于底灰中的重金属对环境具有长期的潜在危害,在对底灰进行再生利用的国家中,底灰都不可直接使用,需经严格测试后确保其符合相关的固废再生利用标准及法规和相对应的行业应用标准后才能进行利用[8]。

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