CN105801007B - 水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用 - Google Patents

水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，本发明首先采用水洗方式对生活垃圾焚烧飞灰进行预处理，然后将预处理后的生活垃圾焚烧飞灰应用于路面铺设。铺设的路面路用性能各项指标满足规范要求，且生活垃圾焚烧飞灰中重金属浸出毒性合格，不会对环境造成二次污染。本发明在工程上实现了生活垃圾焚烧飞灰在路面中的资源化清洁利用，有效解决了生活垃圾焚烧飞灰在路面应用中可溶盐溶出对沥青路面水稳定性能的影响，保证了沥青路面的使用性能。

Description

水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用
技术领域
本发明涉及一种水洗预处理后的生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，属于固体废弃物处理处置与资源化、道路铺面材料及其加工制备技术交叉领域。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧厂烟气净化***的捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰。研究表明，生活垃圾焚烧飞灰中含有二噁英类及重金属等有毒有害物质，因此，我国将其列为《国家危险废物名录》中的HW18类危险废物，不妥善处置会直接威胁周围环境及人类健康，并会引发公众***进而影响垃圾焚烧行业积极健康发展。生活垃圾焚烧飞灰的毒性和易造成二次污染的特性也是生活垃圾焚烧厂选址受公众质疑的重要原因。
现目前一些发达国家对于生活垃圾焚烧飞灰的处置技术主要包括：矿井深埋、高温熔融、炉渣混合处置等，然而考虑到我国国情、投资处置成本以及现行法规限制等，以上技术目前均不适宜我国采用。而国内现行的生活垃圾焚烧飞灰主要处置方式包括：直接进入危险废物填埋场填埋、螯合剂稳定化或水泥固化后进入卫生填埋场填埋、水泥窑协同处置等等，这些方法存在处理成本高，易产生环境的二次污染，占用土地资源，对设备存在腐蚀等缺点。
基于以上原因，开发环境友好、符合我国经济发展的垃圾焚烧飞灰处置技术，从根本上改变飞灰处置现状，突破当前垃圾焚烧行业能源、环境、资源三者之间的矛盾，成为中国垃圾焚烧行业可持续发展的重大战略需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种将水洗预处理后的生活垃圾焚烧飞灰应用于路面铺设的技术方案，该技术方案实现了生活垃圾焚烧飞灰在路面中的资源化清洁应用。
本发明采取的技术方案如下：
1、水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，将水洗后的生活垃圾焚烧飞灰替代部分矿粉加入沥青混合料中，将沥青混合料应用于路面；所述水洗后生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为2～5％。
优选的，所述生活垃圾焚烧飞灰的粒径小于1mm。
优选的，所述生活垃圾焚烧飞灰中粒径小于75μm的飞灰质量百分含量大于75％，且处于58～75μm粒径范围的生活垃圾焚烧飞灰质量分数大于70％。
优选的，所述沥青混合料采用SMA-13型级配、SMA-16型级配、AC-20C型级配、AC-25C型级配或ATB-25型级配。
优选的，所述水洗预处理包括如下步骤：先将生活垃圾焚烧飞灰烘干，然后将生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比为1:3～5的比例在1800～2500r/min的条件下混合搅拌20～30min，沉淀或静置，直至上清液澄清后滤掉水分，将生活垃圾焚烧飞灰重复水洗0～2次后于75℃烘箱中烘干。
优选的，水洗预处理时生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比1:3混合，飞灰水洗次数为2次，沥青混合料采用SMA-13型级配，胶结料采用SBS改性沥青，水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为4％。此时冻融劈裂试验的结果(TSR：冻融劈裂强度比)为82.3％。
优选的，水洗预处理时生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比1:3混合，飞灰水洗次数为2次，沥青混合料采用AC-20C型级配，胶结料采用普通沥青，水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为2％。此时冻融劈裂试验的结果(TSR：冻融劈裂强度比)为79.4％。
优选的，水洗预处理时生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比1:5混合，飞灰水洗次数为3次，沥青混合料采用AC-20C型级配，胶结料采用普通沥青，水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为3％。此时冻融劈裂试验的结果(TSR：冻融劈裂强度比)为77.6％。
需要说明的是，水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的制备方法采用热拌、温拌或冷拌沥青混合料的拌和工艺；水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰掺配方式为干法替代矿粉，其加热温度、加热时间、添加次序同矿粉；水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰的运输、添加、拌和等过程均处于相对密闭状态；水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌和时间根据水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰添加的量相应延长0～30s。
本发明的有益效果在于：传统沥青固化技术制成的生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中高含量的可溶盐会影响沥青路面的抗水损害能力，降低路面使用性能，进而导致无法实际应用于生活垃圾焚烧飞灰的大掺量处置，使生活垃圾焚烧飞灰无法真正实现路面的资源化清洁利用。本发明首先采用水洗对生活垃圾焚烧飞灰进行预处理，洗掉生活垃圾焚烧飞灰中90％以上的可溶盐，然后将预处理后的飞灰应用于路面铺设。铺设的路面路用性能各项指标满足规范要求，且生活垃圾焚烧飞灰中重金属浸出毒性合格，不会对环境造成二次污染。本发明在工程上实现了生活垃圾焚烧飞灰在路面中的资源化清洁利用，有效解决了生活垃圾焚烧飞灰在路面应用中可溶盐溶出对沥青路面水稳定性能的影响，保证了沥青路面的使用性能。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
本发明所用生活垃圾焚烧飞灰来源于重庆某垃圾焚烧厂，为经炉排炉式垃圾焚烧炉的布袋除尘器收集的生活垃圾焚烧飞灰，生活垃圾焚烧飞灰首先进行二噁英低温热降解处理，低温热降解的最佳工艺参数如下：
热降解温度：400℃，
飞灰排出温度：≤150℃，
固相停留时间：1-2h，
气氛：氮气气氛，O2体积浓度≤1％，
脱氯活性介质：CaO，质量浓度≥10％。
在上述工艺条件下二噁英的降解率达95％以上，生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量降低至10ng TEQ/kg以下；另外，生活垃圾焚烧飞灰中可溶盐含量为20～30％，重金属含量见表1。
表1生活垃圾焚烧飞灰中重金属含量(干基，mg/kg)
生活垃圾焚烧飞灰浸出液重金属浸出浓度见表2。
表2生活垃圾焚烧飞灰浸出液重金属浸出浓度(醋酸缓冲溶液法，mg/L)
危害成分 浸出浓度
Be 未检出
V 未检出
Cr 0.05
Mn 3.92
Co 0.10
Ni 0.19
Cu 3.09
Zn 111.29
As 未检出
Se 未检出
Cd 5.99
Sb 未检出
Ba 2.55
Hg 0.03
Tl 未检出
Pb 1.19
U 未检出
Th 未检出
Ag 未检出
由表中内容可知，生活垃圾焚烧飞灰中含量较高的重金属元素包括Zn、Pb、Ba、Mn、Cu、Cr和Cd，其醋酸缓冲溶液法浸出液中也是Zn、Pb、Mn、Cu、Cd的浓度较高，其中Pb和Cd的浓度超出了《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》中规定的入场限值。现采用本发明所述方法对该生活垃圾焚烧飞灰进行无害化、资源化利用。
取上述生活垃圾焚烧飞灰首先进行水洗处理，水洗过程如下：
1)、将固结结块的生活垃圾焚烧飞灰研磨成粉并称量，然后放入105℃的烘箱中2～4h烘干至恒重，取出生活垃圾焚烧飞灰称量并计算含水率；将烘好的生活垃圾焚烧飞灰装入密封袋密封，以防止再次吸潮；
2)、称取一定量的烘干生活垃圾焚烧飞灰，加入3～5倍生活垃圾焚烧飞灰质量的水并在强力搅拌器下搅拌(转速1800r/min～2500r/min)20～30min；
3)、搅拌或者震荡结束后，沉淀或静置1h左右，直至上清液不再浑浊，滤掉多余水分，水分集中收集；
4)、重复水洗0～2次后，滤掉多余水分，于75℃的烘箱中烘干，称重，计算损失率(即可溶盐组分含量)；
5)、将水洗后生活垃圾焚烧飞灰研磨、装袋、标记，备用。
优选生活垃圾焚烧飞灰的粒径小于1mm；更优选生活垃圾焚烧飞灰中粒径小于75μm的飞灰质量百分含量大于75％，且处于58～75μm粒径范围的生活垃圾焚烧飞灰质量分数大于70％。
将经过水洗预处理的生活垃圾焚烧飞灰代替部分矿粉加入沥青混合料中，水洗后生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为2～5％。采用热拌、温拌或冷拌沥青混合料的拌和工艺；水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰掺配方式为干法替代矿粉，其加热温度、加热时间、添加次序同矿粉；水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰的运输、添加、拌和等过程均处于相对密闭状态；水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料的拌和时间根据水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰添加的量相应延长0～30s。最后将获得的沥青混合料应用于路面。实验结果表明，将沥青混合料用于铺设路面的表、中、下面层或基层均可。
优选沥青混合料采用SMA-13型级配、SMA-16型级配、AC-20C型级配、AC-25C型级配或ATB-25型级配。
下面列举几种优选的具体方案，但本发明采取的方案不限于此。另外，需要说明的是，酸性有机沥青具有高表面能、大的表面活性以及强粘结力，与属于无机成分的碱性生活垃圾焚烧飞灰发生一系列的物理化学吸附作用，达到包覆生活垃圾焚烧飞灰、稳定固化其中的重金属及其化合物的目的，实现生活垃圾焚烧飞灰的脱“危”应用。然而资源化利用在沥青路面时，生活垃圾焚烧飞灰的物理化学组分影响了沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性以及抗水损坏性能等路用性能，其中影响最突出的是水稳定性。因此，以下实施例中着重介绍水稳定性能试验结果。
实施例1
当水洗过程中，飞灰与水的质量比为1:3，水洗次数为2次时，以SMA-13型级配为例，取水洗后的生活垃圾焚烧飞灰替代部分矿粉，使用SBS改性沥青与一定配比的粗集料、细集料、矿粉以及木质素纤维，采用热拌沥青混合料的拌和工艺进行混合料的拌制，获得水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料。其中水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰的加热温度、加热时间同矿粉的加热温度与加热时间。水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰与矿粉同时添加，且添加后拌合时间延长15s。水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰所占矿料的质量百分比为4％，此时冻融劈裂试验的结果(TSR：冻融劈裂强度比)为82.3％，符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中沥青混合料要达到劈裂强度比不小于80％的规定。
实施例2
当水洗过程中，飞灰与水的质量比为1:3，水洗次数为2次时，以AC-20C型级配为例，取水洗后的生活垃圾焚烧飞灰替代部分矿粉，使用SK 70#沥青与一定配比的粗集料、细集料以及矿粉，采用热拌沥青混合料的拌和工艺进行混合料的拌制，获得水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料。其中水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰的加热温度、加热时间同矿粉的加热温度与加热时间。水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰与矿粉同时添加，且添加后拌合时间延长10s。水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰所占矿料的质量百分比为2％，此时冻融劈裂试验的结果(TSR：冻融劈裂强度比)为79.4％，符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中沥青混合料要达到劈裂强度比不小于75％的规定。
实施例3
当水洗过程中，飞灰与水的质量比为1:5，水洗次数为3次时，以AC-20C型级配为例，使用SK 70#沥青，与一定配比的粗集料、细集料以及矿粉，采用热拌沥青混合料的拌和工艺进行混合料的拌制，获得水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料。其中水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰的加热温度、加热时间同矿粉的加热温度与加热时间。水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰与矿粉同时添加，且添加后拌合时间延长12s。水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料中水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰所占矿料的质量百分比为3％，此时冻融劈裂试验的结果(TSR：冻融劈裂强度比)为77.6％，符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中沥青混合料要达到劈裂强度比不小于75％的规定。
需要说明的是，本发明中沥青混合料各原料的配比均按相应级配的规范要求添加，制备沥青混合料的条件未给出的数据均按本领域常规操作条件进行，本发明中的名词术语按本领域常规含义理解。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，其特征在于，将水洗后的生活垃圾焚烧飞灰替代部分矿粉加入沥青混合料中，将沥青混合料应用于路面；所述水洗后生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为2～5％；所述生活垃圾焚烧飞灰中粒径小于75μm的飞灰质量百分含量大于75％，且处于58～75μm粒径范围的生活垃圾焚烧飞灰质量分数大于70％；所述水洗预处理包括如下步骤：先将生活垃圾焚烧飞灰烘干，然后将生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比为1:3～5的比例在1800～2500r/min的条件下混合搅拌20～30min，沉淀或静置，直至上清液澄清后滤掉水分，将生活垃圾焚烧飞灰重复水洗0～2次后于75℃烘箱中烘干。
2.根据权利要求1所述水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，其特征在于，所述生活垃圾焚烧飞灰的粒径小于1mm。
3.根据权利要求1所述水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，其特征在于，所述沥青混合料采用SMA-13型级配、SMA-16型级配、AC-20C型级配、AC-25C型级配或ATB-25型级配。
4.根据权利要求3所述水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，其特征在于，水洗预处理时生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比1:3混合，飞灰水洗次数为2次，沥青混合料采用SMA-13型级配，胶结料采用SBS改性沥青，水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为4％。
5.根据权利要求3所述水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，其特征在于，水洗预处理时生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比1:3混合，飞灰水洗次数为2次，沥青混合料采用AC-20C型级配，胶结料采用普通沥青，水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为2％。
6.根据权利要求3所述水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用，其特征在于，水洗预处理时生活垃圾焚烧飞灰与水按质量比1:5混合，飞灰水洗次数为3次，沥青混合料采用AC-20C型级配，胶结料采用普通沥青，水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在沥青混合料矿料中的质量百分比为3％。
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