焚烧飞灰用于沥青路面重金属溶出特性及风险评估

摘要

垃圾焚烧飞灰来源于生活垃圾经焚烧烟气净化系统(APC)，其中富集了大量的重金属、二噁英以及烟尘颗粒物等有毒有害物质，易对环境和人体健康造成危害，随着垃圾焚烧处置比例的增长，产生量不断增加的飞灰安全处置量已成为亟待解决的问题。同时，飞灰的主要成分与粉煤灰、高炉矿渣等非常接近，均属CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3体系，因而具有资源利用性，可替代细集料用于沥青混凝土中。随着我国公路网的不断扩大，道路建设及维护所消耗的天然原材料也在逐渐增加，飞灰替代细集料作为沥青混凝土中的集料，既可以节约自然矿石资源，又在可一定程度上解决飞灰处置难的问题。但是，飞灰中较高含量的重金属在沥青路面使用中经雨水淋滤会释放到环境中，可能对人体健康造成影响。目前，国内将飞灰用于沥青路面的研究极少。因此，研究飞灰中重金属在沥青混合料中的释放规律，评价该种利用方式长期对人体健康的影响，对飞灰沥青路面的安全利用具有重要意义。
　　本文以经二噁英解毒后的飞灰部分替代细集料用于沥青路面中面层为对象，研究其在道路使用过程中飞灰重金属的溶出特性以及释放机理，并对道路使用过程中重金属的释放进行环境风险评估，得到以下结论：
　　（1）垃圾焚烧飞灰添加量为2%，造粒水泥用量为50%的条件下，造粒飞灰沥青混凝土中主要重金属Cr、Ni、Zn、As、Cd和Hg的浸出浓度分别为31.06、0.56、41.90、1.72、0.05和0.21ug/L，满足《地下水质量标准》GB/T14848—93(Ⅲ)。
　　（2）通过水槽浸出试验得到，除Hg外，其余金属Cr、Zn、As、Cd的累积释放量在浸出初期释放量基本未增加，中期呈快速增加最后趋于平稳的变化趋势。五种金属的释放均为扩散控制作用。其中，Hg为高释放速率，Zn和As为中速释放，Cr和Cd为低速释放，重金属的释放速率为大小关系为Hg>As>Zn>Cr>Cd。
　　（3）通过对飞灰沥青混凝土路面在实际使用过程中对地下水的环境风险进行评价得到，地下水中污染物As和Cr的致癌风险值与Zn、Cd和Hg的危害商均在可接受范围内。以我国生活饮用水卫生标准限值推算，飞灰沥青路面中重金属 Cr、Zn、As、Cd和Hg的最大有效量分别为25.46、279.83、1.10、12.19和0.07mg/kg；最大全量限值分别为1523.58、2299.37、295.45、34.74和1.28 mg/kg。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景、意义和目的

1.2 垃圾焚烧飞灰污染特性及资源化利用研究进展

1.3 沥青材料特性及固化机理

1.4 沥青道路中重金属的浸出方法

1.5 环境风险评估方法

1.6 研究内容

1.7 技术路线

第2章 实验材料与方法

2.1 材料制备

2.2 实验方法

2.3 实验仪器与试剂

第3章 飞灰沥青混凝土中重金属溶出特性

3.1 飞灰预处理的影响

3.2 造粒飞灰添加量的影响

3.3 造粒飞灰水泥比例的影响

3.4 本章小结

第4章 沥青混凝土中重金属长期释放规律

4.1 重金属累积释放量

4.2 重金属释放速率

4.3 重金属释放机理

4.4 重金属释放模型

4.5 本章小结

第5章 飞灰沥青路面环境风险评价及限值计算

5.1 评价区域环境概况

5.2 危害识别

5.3 暴露评价

5.4 暴露量计算

5.5 风险表征

5.6 飞灰沥青路面中重金属控制限值

5.7 本章小结

第6章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢