城市垃圾无害化处理利用固化工艺

邹权

摘要：城市生活垃圾焚烧发电作为无害化、资源化、减量化的垃圾处理技术，日益得到广泛的应用。在垃圾焚烧后，会产生底渣、飞灰等固体废弃物，如果直接填埋，不仅占用大量土地，还会对环境造成污染。因此，如何实现垃圾焚烧灰渣的无害化与资源化利用成为我国环境保护领域亟待解决的共性问题。

关键词：城市垃圾;无害化处理;固化工艺

前言

垃圾焚烧发电是垃圾处理的一种主要方式，这种方式可以将固体废物的体积降低90%左右，质量减少70%左右，并且具有降低毒性和可回收热量的优点。研究比较了飞灰在建材中的不同利用方式，但建材固化的缺点是增容和增重。螯合剂稳定法是化学药剂稳定法中的一种常用方法，飞灰中的重金属离子能与螯合剂的官能团结合从而被稳定，降低了飞灰中重金属离子的渗透性和迁移性，但缺点是价格昂贵。酸性洗涤等方法又会产生难以处理的废水，污染环境。高温处理是实现飞灰无害化和资源化的首选，但不论是高温熔融还是高温烧结技术，所需温度都在1 000 ℃ 以上，高温熔融甚至是在温度高于飞灰的熔点（1 500 ℃ 左右）下进行的。微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）胶结松散颗粒材料作为一种绿色、环保的新技术，近年来日益受到重视并得到快速发展，已被尝试引入到垃圾焚烧灰渣的固化处理中。垃圾焚烧灰渣具有松散土体颗粒类似的级配特征，但颗粒微观结构也有自身特点，飞灰颗粒表面疏松多孔，具有很强的吸附性。利用垃圾焚烧飞灰内源钙，通过MICP 对其进行固化取得了一定效果，对飞灰的微生物固化处理进行了有益探索。对内源钙含量相对较少的焚烧底渣或飞灰，采用微生物固化是否有效，以及固化后的强度能否满足应用需要等问题尚待研究。

1材料与方法

1.1垃圾焚烧灰渣

试验用垃圾焚烧灰渣取自江苏省无锡市某垃圾焚烧发电厂，包括底渣（底渣中的细粒组分）和飞灰。试样的基本物理指标参照土工试验方法标准（GB/T50123—1999）所得如表1。

Cc=1.27，级配良好。飞灰的颗粒分布主要在4～250μm之间，其中黏粒（<5μm）的质量分数为2.25%，粉粒（5～75μm）的质量分数为73.67%。不均匀系数Cu=4.94，曲率系数Cc=0.95，级配不良。

1.2微生物菌种与培养

选用来自德国菌种保藏中心（DSMZ33）的巴氏芽孢杆菌为试验菌种。采用DSMZ推荐的液体培养基，培养基的溶剂为去离子水。具体组成成分为：15g/L的胰蛋白胨，5g/L的大豆蛋白胨5g/L的NaCl和20g/L的尿素，调节营养液pH至7.3。将菌种接种至新鲜营养液中，在30℃和135r/min培养条件下恒温振荡培养16h后，取菌液[原菌液，浓度为1.2×108CFU/mL，脲酶活性控制在（5.5±0.1）ms/（cm·min）]待用。本试验选用菌液为两种配比的稀释菌液，稀释菌液为将原菌液分别与营养液按照体积比1∶50和1∶100的比例进行混合，并分别记为A菌液和B菌液。其中，A菌液的脲酶活性控制在1.78ms/（cm·min）左右;B菌液脲酶活性控制在0.65ms/（cm·min）左右。

1.3胶结液

胶结液是尿素和氯化钙的混合溶液，为MICP过程提供必需的氮源和钙源。尿素与氯化钙的摩尔浓度比为1∶1，取浓度为0.25，0.50，0.75，1.00和1.25mol/L的胶结液进行试验。

1.4试样制备

用于微生物注浆的灰渣试样为重塑圆柱样，直径30m，其中底渣试样高度为85m，干密度为1.42g/cm3;飞灰试样高度为81m，干密度为1.25g/cm3。采用分层击实法制样并饱和。

1.5测试方法

1.5.1强度试验

采用无侧限抗压强度试验得到微生物注浆处理前后试样的强度，加载速率为1m/min。

1.5.2CaCO3生成量测定

将微生物注浆加固前后试样分为上、中、下3层，其中下层为靠近注浆口一侧的位置，上层为靠近出浆口一侧的位置。无侧限压缩破坏后每层各取一部分样体。采用盐酸浸泡法测定试样内不同位置处CaCO3生成量。分别将微生物注浆加固处理前后的试样置于105.5℃烘箱内烘干后，加入1mol/L盐酸搅拌浸泡，用真空抽滤装置过滤，滤膜孔径为0.45μm。抽滤后土样再加入盐酸搅拌并重复以上步骤，以确保土样内没有CaCO3残留。用烘干后的质量损失量占酸洗后干试样质量的百分比表示CaCO3生成量。

2结论

本研究通过微生物注浆试验分析了菌液浓度、胶结液浓度和处理轮数对垃圾焚烧灰渣（底渣和飞灰）强度的影响，探索了微生物固化垃圾焚烧灰渣的可行性和效果，结论如下：

1）垃圾焚燒底渣和飞灰都具有一定的水硬性，底渣和飞灰的水硬固化体的无侧限抗压强度分别为174.46和381.73KPa。采用微生物注浆方式固化垃圾焚烧底渣和飞灰能进一步提高其强度。将微生物固化技术应用于垃圾焚烧灰渣的固化处理具有良好的发展前景。

2）采用未稀释菌液注浆底渣和飞灰试样时，易出现试样断层和注浆堵塞的问题，固化效果较差，而稀释比1∶50的菌液则比1∶100的菌液更利于底渣和飞灰胶结强度的提高;固化底渣和飞灰的强度随胶结液浓度和注浆轮数增加而提高，底渣经微生物注浆处理2～10轮后的无侧限抗压强度较其水硬固化体提高了35.8%～120.0%;飞灰经微生物注浆处理2～10轮后的无侧限抗压强度较其水硬固化体提高了9.5%～48.8%。微生物固化在改善垃圾焚烧灰渣强度特性上是有效的。

3）固化底渣和飞灰的无侧限抗压强度与其内部微生物诱导产生的CaCO3含量之间正相关。与微生物固化砂和粉土相比，微生物固化底渣和飞灰中CaCO3含量的增加对其无侧限抗压强度提高的贡献偏弱。

参考文献：

[1]  关健，田书磊，郭斌.焚烧飞灰熔融特性与熔渣利用技术研究进展[J].河北工业科技，2013，30（6）：466-471.

[2]  刘富强，秘田静，钟瑞琳.烧结条件对垃圾焚烧飞灰中重金属固定率的影响[J].环境科学与技术，2013，36（5）：47-50.

（作者单位：新疆中测测试有限责任公司）