生活垃圾焚燒爐渣特性及應(yīng)用研究

生活垃圾焚燒爐渣特性及應(yīng)用研究

爐渣是家庭焚燒的副產(chǎn)品，它從爐渣中排出，主要是金屬氧化物、氫氧化物、碳酸鹽和硅酸鹽。爐渣的產(chǎn)生量與廢物的類型和燃燒工業(yè)設(shè)備的條件有關(guān)。由于爐渣主要含中性成分(如硅酸鹽和鋁酸鹽等主要成分,占30%以上),且物理化學(xué)和工程特性與天然骨料(石英砂和黏土等)相似,因而是很好的建筑原材料。在國(guó)外,爐渣用作水泥和混凝土的部分替代骨料,如美國(guó)的ARR灰渣再循環(huán)利用工藝生產(chǎn)的骨料制品,廣泛應(yīng)用于瀝青混凝土、建筑砌塊集料等。國(guó)內(nèi)也有垃圾焚燒爐渣制磚的先例,如上海浦東新區(qū)生活垃圾焚燒廠灰渣特性和資源化利用技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究成果獲建設(shè)部華夏二等獎(jiǎng),成功應(yīng)用于上海市的2座垃圾焚燒廠。1次水化反應(yīng)爐渣屬于一般廢物,作為生產(chǎn)免燒磚的主要原料,由于不具備火山灰活性,除選擇水泥外,還選擇石灰、石膏和激發(fā)劑作為原料。生活垃圾焚燒爐渣的主要化學(xué)成分為SiO2、CaO和Al2O3,其中SiO2和Al2O3能與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程如下:石灰的主要作用是其有效氧化鈣與硅質(zhì)材料發(fā)生反應(yīng),生成含水硅酸鹽凝膠及結(jié)晶連生體,從而膠結(jié)未反應(yīng)完全的爐渣,提高早期強(qiáng)度。石膏屬于一種硫酸鹽激發(fā)劑,用來(lái)激發(fā)爐渣的活性,以免過(guò)程緩慢導(dǎo)致早期強(qiáng)度低。在激發(fā)劑(主要為Na2SiO3)的作用下,激發(fā)生活垃圾焚燒爐渣的活性,非活性的SiO2和Al2O3,在堿性條件下可反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。整個(gè)水化過(guò)程就是焚燒爐渣在硫酸鹽激發(fā)劑和堿激發(fā)劑的作用下,與水泥、石灰的水化產(chǎn)物進(jìn)行一系列復(fù)雜的二次反應(yīng),生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,氫氧化鈣及水化鋁酸鈣等析出針狀晶體伸入硅酸鈣凝膠體內(nèi)使磚硬化而具有強(qiáng)度。2產(chǎn)爐渣的確定威海市生活垃圾焚燒廠日處理能力為700t,爐排爐處理工藝,日產(chǎn)爐渣180t左右。根據(jù)GB/T25032—2010生活垃圾焚燒爐渣集料、JC/T422—2007非燒結(jié)垃圾尾礦磚等標(biāo)準(zhǔn)要求,對(duì)威海市生活垃圾焚燒廠爐渣取樣后針對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)。2.1渣粒的篩選爐渣粒徑分布檢測(cè)結(jié)果見表1。將表1與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可以初步判斷,雖然爐渣顆粒相對(duì)較細(xì),但要符合細(xì)集料(40%物料粒徑在小于2.36mm,即8目)要求,需進(jìn)一步篩選。在對(duì)大體積的磚頭、石塊等剔除后,使用13.2mm方孔篩篩選,余料中72.2%通過(guò)了2.36mm篩孔。2.2保水爐渣含水率檢測(cè)結(jié)果見表2。標(biāo)準(zhǔn)要求細(xì)集料的含水率小于18%,表2數(shù)據(jù)滿足細(xì)集料含水率的要求。2.3熱損傷率爐渣熱灼減率檢測(cè)結(jié)果見表2。符合GB18485—2001生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱灼減率小于5%的要求。2.4金屬物+輕飄物的去除爐渣含雜量檢測(cè)結(jié)果見表3。將表3與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比,爐渣中的含鐵量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,但是金屬物和輕飄物含量略超出標(biāo)準(zhǔn),若用于制磚,應(yīng)分別增加去除金屬物和去除輕飄物的工序。2.5渣液理化分析爐渣化學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表4。通過(guò)對(duì)垃圾爐渣進(jìn)行理化分析可知:其主要含量為硅酸鹽、鋁、鐵和鈣,可與水泥、石灰、石膏和激發(fā)劑進(jìn)行混合反應(yīng),從而滿足免燒磚的強(qiáng)度要求。2.6重金屬浸漬毒性根據(jù)威海市生活垃圾焚燒廠爐渣重金屬含量檢測(cè)結(jié)果,通過(guò)HJ/T299—2007浸出法進(jìn)行換算后,重金屬浸出毒性最大值見表5。從表5可以看出,汞、鎘、銅、砷、硒的最大浸出毒性低于GB5085.3—2007危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別的標(biāo)準(zhǔn)限值,鉛高出標(biāo)準(zhǔn)值3~4倍,鋅高出10%~100%。3制磚法3.1u3000上硅水泥爐渣:生活垃圾焚燒發(fā)電廠排放的焚燒爐渣需破碎篩選,以調(diào)整焚燒爐渣顆粒粗細(xì)分布。水泥:水泥的質(zhì)量要符合GB175—2007通用硅酸鹽水泥的規(guī)定。石灰:選用新鮮生石灰,確保其高活性,有效氧化鈣含量不低于70%,細(xì)磨過(guò)0.8mm篩。石膏:選用CaO含量大于32%,SO3含量大于45%,含水率小于20%,含雜量小于3%。激發(fā)劑:主要為Na2SiO3,有研究表明,當(dāng)焚燒爐渣和Na2SiO3的摻量分別為原料總量的70%和5.5%時(shí),28d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)3.254MPa和20.56MPa。3.2磚、產(chǎn)品儲(chǔ)存系統(tǒng)爐渣制磚再利用系統(tǒng)包括爐渣接收與儲(chǔ)存系統(tǒng)、爐渣預(yù)處理系統(tǒng)、爐渣再利用制磚系統(tǒng)和產(chǎn)品儲(chǔ)存系統(tǒng)。主要設(shè)備如下。①分選設(shè)備:磁選機(jī)、渦電流分選機(jī)、篩分機(jī)。②破碎設(shè)備:粉碎機(jī)、震擊式標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)、球磨機(jī)。③混料設(shè)備:雙臥軸攪拌機(jī)。④成型設(shè)備:液壓制磚機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)磚模具。⑤養(yǎng)護(hù)設(shè)備:托板、噴水器。3.3采用高效的回收廢鐵集料1)除鐵和分離雜物:爐渣內(nèi)有大量可回收的廢鐵及少量的有色金屬,90%以上的廢鐵必須清除,否則制成的磚出現(xiàn)銹斑,影響磚的使用推廣,回收的廢鐵也有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。有色金屬通過(guò)采用渦電流分選去除。未焚燒盡的少量纖維、部分塑料、紙張等輕飄物,通過(guò)機(jī)選和人工篩選,仍可重新回爐焚燒。2)按照制磚的要求對(duì)爐渣進(jìn)行破碎和篩分,制成合格的多種制磚集料。3)按一定比例添加水泥、石灰等壓制成型。3.4焚燒爐渣免燒磚的形成機(jī)理使用液壓制磚機(jī),標(biāo)準(zhǔn)磚模具按設(shè)定配比方案壓制。焚燒爐渣免燒磚既不燒結(jié),也不蒸壓,因此前期強(qiáng)度的形成主要依靠成型壓力,后期的強(qiáng)度主要依靠水泥的膠結(jié)及焚燒爐渣活性的激發(fā)。3.5保濕和干燥培養(yǎng)磚坯成型后具有一定強(qiáng)度(澆水時(shí)磚淋不壞)時(shí)就可以開始灑水養(yǎng)護(hù),隔5h灑水1次,3d后每隔8h灑水1次,10d后每隔10h灑水1次,15d后自然干燥至28d,之后可對(duì)外出售。4免燒磚的成本按年處理爐渣5萬(wàn)t規(guī)模計(jì)算,年產(chǎn)免燒磚700萬(wàn)塊(13.5萬(wàn)m2)。據(jù)測(cè)算生產(chǎn)免燒磚成本為14.8元/m2,年生產(chǎn)成本為199.8萬(wàn)元。年收入412.5萬(wàn)元(含免燒磚銷售收入和廢鐵銷售收入2個(gè)部分),產(chǎn)生利潤(rùn)212.7萬(wàn)元。5預(yù)處理和控制根據(jù)目前取樣檢測(cè)結(jié)果,若要將威海市生活垃圾焚燒廠爐渣用于制磚,需要