微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀(MICP)團(tuán)聚化垃圾焚燒飛灰試驗(yàn)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(chǎn)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(jī)毒物且浸出毒性較大，被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》（代碼772-002-18）?！渡罾盥駡?chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)規(guī)定垃圾焚燒飛灰經(jīng)固化/穩(wěn)定化處理達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)入衛(wèi)生填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（

2、編號(hào):5157081460）的資助下，開(kāi)展了基于微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀(Microbial Induced Calcite Precipitation，MICP)固化/穩(wěn)定化飛灰的試驗(yàn)研究，微生物選用巴氏生孢八疊球菌Sporosarcina pasteurii。首先測(cè)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(chǎn)生飛灰的顆粒級(jí)配及理化特性，然后測(cè)定了它們的Ca溶出量及重金屬浸出毒性，并檢測(cè)了飛灰浸出生化環(huán)境對(duì)S.pasteurii生長(zhǎng)

3、繁殖的影響，最后開(kāi)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(hù)試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)試7d齡期固化體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、顆粒級(jí)配變化及重金屬浸出毒性，評(píng)估該處理方法的有效性。本文主要取得以下4個(gè)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(guò)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(tuán)聚狀，飛灰B呈分散狀;通過(guò)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(zhì)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(guò)《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)中的限值要求;采用電感耦合等離子體質(zhì)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(guò)顆分試驗(yàn)、液塑性試驗(yàn)分析得到，飛灰A顆粒級(jí)配與粉土類(lèi)似，飛灰B與黏土類(lèi)似。滲透試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，飛灰A的滲透系數(shù)為5.211×10-7cm/s，與粉質(zhì)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(nèi)。
　　(2)微生物在飛灰環(huán)境中生長(zhǎng)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(shí)微生物生長(zhǎng)繁殖達(dá)到高峰，此時(shí)微生物活性較高，OD600值大于0.3。飛灰富含重金屬及有機(jī)污染物的環(huán)境對(duì)S.pasteurii的生長(zhǎng)沒(méi)有抑制作用。
　　(3) MICP團(tuán)聚化垃圾焚燒飛灰試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)飛灰固化體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、顆粒級(jí)配及重金屬浸出毒性測(cè)試，對(duì)團(tuán)聚化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。飛灰A和B經(jīng)菌液拌合處理后固化體的7d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別達(dá)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(shuō)明飛灰處理過(guò)程中存在S.pasteurii誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀及膠結(jié)作用，該作用對(duì)粒度較細(xì)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(jīng)菌液拌合處理后顆粒級(jí)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(jīng)添加尿素的菌液處理后d80、 d50、d30三個(gè)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(jīng)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(dá)到60％以上，而飛灰A和B經(jīng)僅添加尿素溶液處理后Cu、Pb和Hg的浸出降低率達(dá)45％以上。
　　(4)針對(duì)本文所研究的飛灰，得到一套較為有效的MICP團(tuán)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(duì)濕度≥95％環(huán)境下養(yǎng)護(hù)7d，兩種飛灰的顆粒均得到粗化，重金屬浸出