MSWI飞灰在水泥基材料中的资源化利用及重金属的影响与控制研究

摘要

城市垃圾焚烧飞灰中因含有较高浸出浓度的重金属而属于危险废弃物，必须对之进行稳定化处理。与此同时焚烧飞灰中的主要化学成分属CaO-SiO2-A12O3(Fe2O3)体系，所以焚烧飞灰既有污染性，又有资源利用性，因此如何安全有效地处置利用焚烧飞灰已成为急需解决的环境和社会问题。国内外对焚烧飞灰的处置着重于无害化处理，而对其所具有的资源性却未能利用。本文运用ICP、XRD、SEM、DSC、IR、NMR、MIP、ACIS等试验方法，借助固体物理、环境化学、地球环境工程学、渗流理论以及固液界面反应动力学等基础理论，针对焚烧飞灰的主要物理化学性能、焚烧飞灰中重金属的浸出机制、焚烧飞灰—水泥复合胶凝材料的宏观性能、水化特性、微观结构、重金属离子迁移模式及重金属离子的浸出行为等方面进行了系统全面的研究工作，首次建立了焚烧飞灰—水泥复合胶凝体系中重金属离子的浸出模型，并在此基础上首次提出了焚烧飞灰—水泥复合胶凝材料的环境安全性评价体系。研究结果表明，焚烧飞灰具有微弱的火山灰活性；焚烧飞灰—水泥复合胶凝体系具有与普通水泥胶凝体系不同的水化进程以及微观结构：水泥对于焚烧飞灰中重金属具有良好的固化效果，重金属离子在复合胶凝体系中的迁移扩散是极其缓慢的，重金属的浸出浓度远远低于固体废物浸出毒性鉴别标准；运用环境安全性评价体系对焚烧飞灰—水泥复合胶凝体系的安全性进行了综合评价，认为通过材料之间的优化组合得到的焚烧飞灰—水泥复合胶凝体系，不仅具有优良的物理力学性能，而且在使用环境中可确保其稳定性及长期安全性，不会对环境造成二次污染，可探索焚烧飞灰的资源化再利用。关键词：城市垃圾焚烧飞灰，重金属，浸出毒性，固化/稳定化，胶凝活性，水化，渗流结构，扩散，迁移，安全性评价

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第1节 前言

第2节 城市垃圾的处置技术及存在的问题

2.1城市垃圾的处置现状

2.2城市垃圾处置过程中存在的问题

2.3国内外焚烧飞灰的处置现状

第3节 固化/稳定化技术的发展与研究热点

第4节 水泥基材料固化重金属废弃物的研究进展与思考

4.1水泥固化法的基本原理

4.2水泥基材料固化重金属离子的研究进展

4.3水泥固化重金属离子的相关问题

第5节 本文的研究目的、研究内容和技术路线

5.1本文的研究目的和意义

5.2本文的主要研究内容

5.3本文的研究技术路线

第二章 焚烧飞灰的物理化学性质及其重金属的浸出特性

第1节 城市垃圾焚烧飞灰的产生和性质

1.1城市垃圾焚烧飞灰的产生

1.2焚烧飞灰的土木工程特性

1.3焚烧飞灰处置不当产生的危害

第2节 焚烧飞灰中重金属的来源及分布

2.1焚烧飞灰中重金属物质的来源

2.2焚烧飞灰中重金属的分布情况

第3节 焚烧飞灰的主要物理化学性质

3.1试验方法

3.2焚烧飞灰主要物理化学性质的表征

第4节 焚烧飞灰中重金属的化学形态分析

4.1重金属活性的评价方法及特点

4.2连续化学萃取法

4.3焚烧飞灰中重金属的化学形态分析

第5节 焚烧飞灰中重金属的浸出机制研究

5.1焚烧飞灰中重金属的浸出试验方法

5.2焚烧飞灰中重金属的浸出

第6节 本章小结

第三章 焚烧飞灰对水泥基材料物理性能的影响

第1节 焚烧飞灰在水泥基材料中资源化利用的设计思想

第2节 焚烧飞灰中杂质离子对硅酸盐水泥凝结和硬化过程的影响

2.1正交试验法

2.2重金属离子和阴离子对水泥凝结和硬化过程的影响

第3节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系材料组成的优选

3.1试验方案

3.2焚烧飞灰对水泥浆体物理性能的影响

3.3焚烧飞灰胶凝活性的评定

3.4焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的复合改性

3.5焚烧飞灰早期胶凝活性的激发

第4节 焚烧飞灰-硅酸盐水泥混凝土的性能特征

4.1试验设计

4.2物理性能

4.3抗渗性

第5节 本章小结

第四章 焚烧飞灰对硅酸盐水泥水化硬化过程的影响

第1节 试验方案设计

第2节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的水化机制

2.1水泥水化动力学的研究

2.2水化程度的表征

2.3焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的水化机理

第3节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的结构形成与演变规律

3.1焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系水化产物的组成

3.2焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系水化产物的形貌

3.3焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的化学成分衬度分析

第4节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系分子原子层次上的结构分析

4.1焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的29SiNMR分析

4.2焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的红外光谱分析

第5节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的孔结构分析

5.1焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的孔结构参数

5.2焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的交流阻抗谱特性(ACIS)

第6节 本章小结

第五章 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系中重金属离子的迁移模式及浸出行为

第1节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系中重金属的扩散机制

1.1重金属离子在水泥硬化体中的扩散与孔结构之间的关系

1.2水泥硬化体中重金属离子的扩散方程

第2节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系中重金属离子的浸出模型

2.1焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系中重金属离子的浸出机制

2.2焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系中重金属离子浸出方程的推导

2.3焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系中重金属浸出模型的应用

第3节 本章小结

第六章 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的安全性综合评价

第1节 材料的环境安全性评价体系

1.1材料的环境安全性评价的意义

1.2材料的环境安全性评价体系

第2节 焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的安全性综合评价

2.1试验方案设计

2.2焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系安全性评价指标

2.3焚烧飞灰-水泥复合胶凝体系的安全性综合评价

第3节 本章小结

第七章 结论与展望

1.1基本结论

1.2展望

参考文献

附录 攻读博士期间发表的学术论文

致谢