微生物誘導碳酸鹽沉淀(MICP)團聚化垃圾焚燒飛灰試驗研究.pdf

1、垃圾焚燒飛灰(municipal solid waste incineration fly ash，MSWI fly ash)是生活垃圾焚燒的產物，占垃圾焚燒量的3～5％，因含有多種重金屬及二噁英等有機毒物且浸出毒性較大，被列入《國家危險廢物名錄》（代碼772-002-18）?！渡罾盥駡鑫廴究刂茦藴省?GB16889-2008)規(guī)定垃圾焚燒飛灰經固化/穩(wěn)定化處理達標后方可進入衛(wèi)生填埋場進行填埋處置。本文在國家自然科學基金面上項目（

2、編號:5157081460）的資助下，開展了基于微生物誘導碳酸鹽沉淀(Microbial Induced Calcite Precipitation，MICP)固化/穩(wěn)定化飛灰的試驗研究，微生物選用巴氏生孢八疊球菌Sporosarcina pasteurii。首先測試分析了杭州地區(qū)兩種典型焚燒工藝一爐排爐和流化床產生飛灰的顆粒級配及理化特性，然后測定了它們的Ca溶出量及重金屬浸出毒性，并檢測了飛灰浸出生化環(huán)境對S.pasteurii生長

3、繁殖的影響，最后開展了高灰液比(1 kg∶0.3L)條件下飛灰與S.pasteurii拌合處理和養(yǎng)護試驗，通過測試7d齡期固化體的無側限抗壓強度、顆粒級配變化及重金屬浸出毒性，評估該處理方法的有效性。本文主要取得以下4個方面的研究成果:
　　(1)垃圾焚燒飛灰物化特性、重金屬浸出毒性及土工特性。通過掃描電鏡(SEM)分析得到，飛灰A和飛灰B顆粒表面均呈多孔狀，其中飛灰A呈團聚狀，飛灰B呈分散狀;通過能譜儀(EDX)分析發(fā)現(xiàn)兩種飛灰

4、均含有較多的CaO及一定量的Al2O3、SiO2、Fe2O3，具有一定的膠凝性質和火山灰活性;分別采用水平震蕩法和硫酸硝酸法分析飛灰的重金屬浸出毒性，發(fā)現(xiàn)飛灰A、B均有多種重金屬浸出毒性超過《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)中的限值要求;采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)分析了鈣的總量及溶出濃度（液固比1L∶100g），得到Ca的溶出量分別為2.1g/kg和7.5g/kg，溶出率分別為10.5％和30.6

5、％。通過顆分試驗、液塑性試驗分析得到，飛灰A顆粒級配與粉土類似，飛灰B與黏土類似。滲透試驗發(fā)現(xiàn)，飛灰A的滲透系數(shù)為5.211×10-7cm/s，與粉質粘土滲透系數(shù)(5×10-7～10-6cm/s)接近;飛灰B的滲透系數(shù)為2.069×10-8cm/s，在黏土滲透系數(shù)(＜5×10-7cm/s)范圍內。
　　(2)微生物在飛灰環(huán)境中生長繁殖情況。飛灰生化環(huán)境（液固比1L∶100g）中0.1％(V0/V)接種微生物，在搖床200rpm和3

6、0℃連續(xù)培養(yǎng)條件下，發(fā)現(xiàn)48～72h時微生物生長繁殖達到高峰，此時微生物活性較高，OD600值大于0.3。飛灰富含重金屬及有機污染物的環(huán)境對S.pasteurii的生長沒有抑制作用。
　　(3) MICP團聚化垃圾焚燒飛灰試驗。通過對飛灰固化體的無側限抗壓強度、顆粒級配及重金屬浸出毒性測試，對團聚化效果進行評價。飛灰A和B經菌液拌合處理后固化體的7d齡期無側限抗壓強度分別達到0.368MPa和0.617MPa，比與去離子水拌合形成

7、的固化體分別提高了31％和118％，說明飛灰處理過程中存在S.pasteurii誘導碳酸鈣沉淀及膠結作用，該作用對粒度較細和Ca溶出量較高的飛灰B的固化效果優(yōu)于飛灰A。飛灰A和B經菌液拌合處理后顆粒級配明顯增粗，處理后飛灰A的粒徑d50比僅與去離子水拌合處理工況提高了3倍，飛灰B經添加尿素的菌液處理后d80、 d50、d30三個粒徑比與去離子水拌合處理工況分別提高約22倍、6倍、5倍。飛灰A和B經菌液拌合處理后多種重金屬浸出毒性均得到一

8、定幅度的降低，與原始濃度相比，兩種飛灰中Cu、Pb和Hg浸出降低率均達到60％以上，而飛灰A和B經僅添加尿素溶液處理后Cu、Pb和Hg的浸出降低率達45％以上。
　　(4)針對本文所研究的飛灰，得到一套較為有效的MICP團聚垃圾焚燒飛灰從而穩(wěn)定重金屬的處理方法，采用S.pasteurii,垃圾焚燒飛灰和菌液按固液比1kg∶300mL混合攪拌均勻，在溫度20±2℃、相對濕度≥95％環(huán)境下養(yǎng)護7d，兩種飛灰的顆粒均得到粗化，重金屬浸出