生活垃圾焚烧飞灰与水泥共造粒的方法及清洁应用
技术领域
本发明涉及生活垃圾焚烧飞灰造粒后的应用,具体涉及生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用,属于固体废弃物处理处置与资源化、道路铺面材料及其加工制备技术交叉领域。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧厂烟气净化系统的捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰。研究表明,生活垃圾焚烧飞灰中含有二噁英类及重金属等有毒有害物质,因此,我国将其列为《国家危险废物名录》中的HW18类危险废物,不妥善处置会直接威胁周围环境及人类健康,并会引发公众群体事件进而影响垃圾焚烧行业积极健康发展。生活垃圾焚烧飞灰的毒性和易造成二次污染的特性也是生活垃圾焚烧厂选址受公众质疑的重要原因。
目前,国内生活垃圾焚烧飞灰主要处置方式及缺点有:(1)直接进入危险废物填埋场填埋。处理成本高,无填埋场的区域在远距离运输中存在二次污染风险;(2)螯合剂稳定化或水泥固化后进入卫生填埋场填埋。浸出毒性不合格现象时有发生,二次污染风险高。存在增容量大、占有土地资源等问题。随着垃圾焚烧的普及,卫生填埋场的逐步关停或填埋场容量饱和,生活垃圾焚烧飞灰面临无法填埋的风险;(3)水泥窑协同处置。Cl元素影响水泥质量,会限制水泥使用范围,对设备腐蚀危害较大。
国外发达国家飞灰的处置技术有:德国采用矿井深埋,日本采用高温熔融,美国采用飞灰炉渣混合处置等。考虑到我国国情、投资处置成本以及现行法规限制等,以上发达国家采用的技术均不适宜我国飞灰处置。
因此,开发环境友好、符合我国经济发展的垃圾焚烧飞灰处置技术,从根本上改变飞灰处置现状,突破当前垃圾焚烧行业能源、环境、资源三者之间的矛盾,成为中国垃圾焚烧行业可持续发展的重大战略需求。
本发明拟在生活垃圾焚烧飞灰重金属类物质水泥固化技术的基础上将飞灰进行造粒,进一步将造粒后的飞灰应用于路面铺设中,以期实现生活垃圾焚烧飞灰在路面中的资源化清洁应用。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种生活垃圾焚烧飞灰造粒后在路面中的清洁应用方案。通过对生活垃圾焚烧飞灰进行造粒,并将造粒后生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒应用于沥青路面,与此同时采取一定的技术措施,一方面保证沥青路面的使用性能,另一方面保证生活垃圾焚烧飞灰中重金属类物质浸出毒性合格,实现了生活垃圾焚烧飞灰的资源化清洁利用。
本发明采取的技术方案如下:
1、生活垃圾焚烧飞灰造粒后的清洁利用,首先将生活垃圾焚烧飞灰进行水泥造粒获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒,再将生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒代替部分矿粉或集料加入沥青混合料中进行路面利用,所述沥青混合料使用高粘沥青或高弹沥青,或所述沥青混合料使用SBS改性沥青并加入聚酯纤维;所述生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒占沥青混合料矿料的质量百分比为1~8%。
所述生活垃圾焚烧飞灰为经过二噁英低温热降解处理后的飞灰。
优选的,所述高粘沥青或高弹沥青用量为对应级配的最佳沥青用量。
优选的,所述聚酯纤维的添加量为沥青混合料总重量的0.3%,所述SBS改性沥青用量为对应级配的最佳沥青用量。
优选的,所述生活垃圾焚烧飞灰粒径小于1mm,所述飞灰颗粒的粒径为0~4.75mm。
优选的,所述生活垃圾焚烧飞灰中粒径小于75μm的生活垃圾焚烧飞灰质量百分比含量大于75%,且处于58~75μm粒径范围的生活垃圾焚烧飞灰质量分数大于70%。
优选的,所述生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒的粒径为0~2.36mm。
优选的,所述水泥造粒的具体步骤为:先按质量比为1:0.25~1.5的比例将生活垃圾焚烧飞灰和水泥进行干粉混合,然后加入质量为混合干粉质量20~30%的水混匀,并振荡成型,再按照水泥的养生条件与要求养生7天,最后破碎造粒。
优选的,所述生活垃圾焚烧飞灰和水泥的质量比为1:0.25、1:0.5、1:1或1:1.5。
优选的,所述沥青混合料采用SMA-13型级配、SMA-16型级配、AC-20C型级配、AC-25C型级配或ATB-25型级配。
本发明的有益效果在于:本发明通过对生活垃圾焚烧飞灰进行水泥造粒,然后将生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒代替矿粉或集料与一定量的聚酯纤维(使用的为SBS改性沥青)共同加入到沥青混合料中用于铺设路面,或者不添加聚酯纤维,使用高粘沥青或高弹沥青作为粘结剂,制备生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料用于铺设路面。添加聚酯纤维或者使用高粘沥青或高弹沥青均可以提高生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的整体强度,增强生活垃圾焚烧飞灰在沥青路面中应用的路用性能可靠性。此法得到的生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料在沥青路面的应用过程中,路用性能各项指标满足规范要求,且生活垃圾焚烧飞灰中的重金属及其化合物浸出毒性合格,不会对环境造成二次污染。本发明在工程上实现了飞灰的资源化清洁利用。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
本发明所用生活垃圾焚烧飞灰来源于重庆某垃圾焚烧厂,为经炉排炉式垃圾焚烧炉的布袋除尘器收集的焚烧飞灰,飞灰首先进行二噁英低温热降解处理,低温热降解的最佳工艺参数如下:
热降解温度:400℃,
飞灰排出温度:≤150℃,
固相停留时间:1-2h,
气氛:氮气气氛,O2体积浓度≤1%,
脱氯活性介质:CaO,质量浓度≥10%。
在上述工艺条件下二噁英的降解率达95%以上,生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量降低至10ng TEQ/kg以下;另外,生活垃圾焚烧飞灰中可溶盐含量为20~30%,重金属含量见表1。
表1焚烧飞灰中重金属含量(干基,mg/kg)
焚烧飞灰浸出液重金属浸出浓度见表2。
表2焚烧飞灰浸出液重金属浸出浓度(醋酸缓冲溶液法,mg/L)
危害成分 |
浸出浓度 |
Be |
未检出 |
V |
未检出 |
Cr |
0.05 |
Mn |
3.92 |
Co |
0.10 |
Ni |
0.19 |
Cu |
3.09 |
Zn |
111.29 |
As |
未检出 |
Se |
未检出 |
Cd |
5.99 |
Sb |
未检出 |
Ba |
2.55 |
Hg |
0.03 |
Tl |
未检出 |
Pb |
1.19 |
U |
未检出 |
Th |
未检出 |
Ag |
未检出 |
由表中内容可知,焚烧飞灰中含量较高的重金属元素包括Zn、Pb、Ba、Mn、Cu、Cr和Cd,其醋酸缓冲溶液法浸出液中也是Zn、Pb、Mn、Cu、Cd的浓度较高,其中Pb和Cd的浓度超出了《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》中规定的入场限值。现采用本发明所述方法对该焚烧飞灰进行无害化、资源化利用。
将上述生活垃圾焚烧飞灰进行水泥造粒获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒,再将生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒代替部分矿粉或集料加入沥青混合料中,分别向沥青混合料中加入高粘沥青或高弹沥青或聚酯纤维,所述生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒占沥青混合料矿料的质量百分比为1~8%,所述聚酯纤维的添加量为沥青混合料总重量的0.3%。所述生活垃圾焚烧飞灰粒径小于1mm,优选的,飞灰粒径小于75μm的百分比含量大于75%,且处于58~75μm粒径范围的生活垃圾焚烧飞灰质量分数大于70%,所述飞灰颗粒的粒径为0~4.75mm,优选为0~2.36mm。
将上述沥青混合料用于铺设路面沥青面层或基层均可,所述沥青混合料采用SMA-13型级配、SMA-16型级配、AC-20C型级配、AC-25C型级配或ATB-25型级配均可,铺设的路面水稳定性试验、高温稳定性检验、低温抗裂性检验以及渗水系数检验均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关规定。
水泥造粒的具体步骤为:先按质量比为1:0.25~1.5的比例将生活垃圾焚烧飞灰和水泥进行干粉混合,然后加入质量为混合干粉质量20~30%的水混匀,并振荡成型,再按照水泥的养生条件与要求养生7天,最后破碎造粒。优选所述生活垃圾焚烧飞灰和水泥的质量比为1:0.25、1:0.5、1:1或1:1.5。
下面列举几种优选的具体方案,但本发明采取的方案不限于此。
需要说明的是,酸性有机沥青具有高表面能、大的表面活性以及强粘结力,与属于无机成分的碱性生活垃圾焚烧飞灰发生一系列的物理化学吸附作用,达到包覆生活垃圾焚烧飞灰、稳定固化其中的重金属及其化合物的目的,实现生活垃圾焚烧飞灰的脱“危”应用。然而资源化利用在沥青路面时,生活垃圾焚烧飞灰的物理化学组分影响了沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性以及抗水损坏性能等路用性能,其中影响最突出的是水稳定性。因此,以下实施例中着重介绍水稳定性能试验结果。
实施例1
按照生活垃圾焚烧飞灰:水泥质量比为1:1.5的比例进行生活垃圾焚烧飞灰的水泥造粒,获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒;沥青混合料采用AC-20C型级配,添加沥青混合料总重量的0.3%的聚酯纤维,使用SBS改性沥青,油石比为4.8%;以热拌沥青混合料的拌和工艺进行生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌制,其中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒的加热温度、加热时间、添加次序同矿料。此时生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒所占矿料质量百分比为6%,冻融劈裂试验的结果TSR(冻融劈裂强度比)为80.9%,符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关规定。
实施例2
按照生活垃圾焚烧飞灰:水泥质量比为1:1的比例进行生活垃圾焚烧飞灰的水泥造粒,获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒;沥青混合料采用AC-20C型级配,添加沥青混合料总重量的0.3%的聚酯纤维,使用SBS改性沥青,油石比为4.8%;以热拌沥青混合料的拌和工艺进行生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌制,其中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒的加热温度、加热时间、添加次序同矿料。此时生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒所占矿料质量百分比为4%,冻融劈裂试验的结果TSR(冻融劈裂强度比)为84.5%,符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关规定。
实施例3
按照生活垃圾焚烧飞灰:水泥质量比为1:0.5的比例进行生活垃圾焚烧飞灰的水泥造粒,获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒;沥青混合料采用AC-20C型级配,使用SBS改性沥青,添加沥青混合料总重量的0.3%的聚酯纤维,油石比为4.8%;以热拌沥青混合料的拌和工艺进行生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌制,其中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒的加热温度、加热时间、添加次序同矿料。此时生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒所占矿料质量百分比为3%,冻融劈裂试验的结果TSR(冻融劈裂强度比)为87.8%,符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关规定。
实施例4
按照生活垃圾焚烧飞灰:水泥质量比为1:0.25的比例进行生活垃圾焚烧飞灰的水泥造粒,获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒;沥青混合料采用AC-20C型级配,使用SBS改性沥青,添加沥青混合料总重量的0.3%的聚酯纤维,油石比为4.8%;以热拌沥青混合料的拌和工艺进行生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌制,其中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒的加热温度、加热时间、添加次序同矿料。此时生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒所占矿料质量百分比为1%,冻融劈裂试验的结果TSR(冻融劈裂强度比)为82%,符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关规定。
实施例5
按照生活垃圾焚烧飞灰:水泥质量比为1:1的比例进行生活垃圾焚烧飞灰的水泥造粒,获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒;沥青混合料采用AC-20C型级配,使用高粘沥青,油石比为4.4%;以热拌沥青混合料的拌和工艺进行生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌制,其中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒的加热温度、加热时间、添加次序同矿料。此时生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒所占矿料质量百分比为4%,冻融劈裂试验的结果TSR(冻融劈裂强度比)为83.7%,符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关规定。
实施例6
按照生活垃圾焚烧飞灰:水泥质量比为1:1的比例进行生活垃圾焚烧飞灰的水泥造粒,获得生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒;沥青混合料采用AC-20C型级配,使用高弹沥青,油石比为4.4%;以热拌沥青混合料的拌和工艺进行生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌制,其中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒的加热温度、加热时间、添加次序同矿料。此时生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中生活垃圾焚烧飞灰/水泥颗粒所占矿料质量百分比为4%,冻融劈裂试验的结果TSR(冻融劈裂强度比)为85.6%,符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关规定。
需要说明的是,本发明中沥青混合料各原料的配比均按相应级配的规范要求添加,制备沥青混合料的条件未给出的数据均按本领域常规操作条件进行,本发明中的名词术语按本领域常规含义理解。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。