水泥协同垃圾焚烧飞灰固化渗滤液污泥试验研究

梁仕华，王杰，王羽心，冯德銮; LIANG Shihua; WANG Jie; WANG Yuxin; FENG Deluan

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水泥协同垃圾焚烧飞灰固化渗滤液污泥试验研究 PDF

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梁仕华
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王杰
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王羽心
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冯德銮
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广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州 510006

中图分类号： X799.3

最近更新：2024-08-30

DOI：10.3969/j.issn.1007-9629.2024.08.004

摘要

采用硫铝酸盐水泥协同生活垃圾焚烧飞灰作为胶凝材料对渗滤液污泥进行固化，通过无侧限抗压强度试验、浸出毒性分析和微观测试，探索水泥与飞灰的复合固化效果和固化机理.结果表明：当水泥掺量不小于20%时，固化试样的28 d无侧限抗压强度满足填埋强度要求；飞灰是水泥固化渗滤液污泥的优良辅助固化剂，其对水泥固化试样无侧限抗压强度的增强效应存在最优掺量；10%的飞灰可替代10%的水泥而使固化试样达到更好的固化效果；复掺30%或40%水泥+15%飞灰的试样可同时满足填埋强度和浸出毒性的要求.

关键词

渗滤液污泥; 垃圾焚烧飞灰; 固化; 重金属浸出毒性

随着城市化，尤其是大型和特大型城市的发展，人口密度持续增加，生活垃圾清运量呈现指数式增长的态势.2021年中国的生活垃圾清运量已达到2.5亿t，其中30%采用卫生填埋处理^［

1］.新鲜和陈腐生活垃圾在填埋过程中将持续产生污染物浓度极高的渗滤液，其产量仅2020年即达到0.5亿t^{［参考文献 2‑3}2‑3］.目前渗滤液通常需要采用膜生物反应器（MBR）生化处理联合反渗透膜（RO）处理以实现达标排放的目标^{［参考文献 4‑5}4‑5］.渗滤液在进行生化处理过程中将产生大量的渗滤液污泥（LS），其物理化学性质与常规的市政污泥相似，但具有更高的含水量和有机质含量，卫生填埋是其主要的处理方式^{［参考文献 6

百度学术}6］.然而，渗滤液污泥因其极高的含水量和有机质含量而在天然状态下呈现流塑状，基本不具备强度，无法满足填埋场的填埋强度要求（无侧限抗压强度不小于50 kPa）^{［参考文献 7‑8}7‑8］.因此，渗滤液污泥在填埋前需要进行有效的预处理.有机质中的腐殖酸对水泥水化反应有抑制作用，且对水化产物有分解作用^{［参考文献 9

百度学术}9］.硫铝酸盐水泥对抑制微生物的繁殖具有潜在作用^{［参考文献 10

百度学术}10］，同时其主要水化产物为钙矾石和铝胶（AH3），相较于普通硅酸盐水泥（OPC）的水化产物氢氧化钙（CH）和水化硅酸钙凝胶（C‑S‑H）具有更好的抗酸性侵蚀性能^{［参考文献 11

百度学术}11］.因此本文选择硫铝酸盐水泥作为渗滤液污泥的主固化剂.

固化/稳定化技术是渗滤液污泥预处理的有效方法，而普通硅酸盐水泥是最常用的固化剂^［

12］.然而，硅酸盐水泥对高含水量和高有机质含量介质的固化效果不佳，甚至在水泥掺量较高的条件下仍然出现固化试样不成形的情况^{［参考文献 13

百度学术}13］.矿渣水泥、磷酸镁水泥和硫铝酸盐水泥（SAC）已被证明可有效固化含水量和有机质含量较高的软土和污泥^{［参考文献 14‑16}14‑16］.虽然矿渣水泥、磷酸镁水泥和硫铝酸盐水泥可在一定程度上改善普通硅酸盐水泥对高含水量和高有机质含量介质固化效果较差的问题，但是其掺量一般比较高^{［参考文献 17

百度学术}17］.大量水泥的应用将消耗大量的自然资源和排放大量的二氧化碳，与中国提出的“碳达峰、碳中和”双碳国家战略部署相悖.已有研究表明，在水泥的基础上添加一定比例的外掺剂可有效优化水泥的固化效果^{［参考文献 18

百度学术}18］.但是，采用矿粉、石灰、石膏和钢渣等常规外掺剂作为水泥固化渗滤液污泥的辅助固化剂不仅会侵占填埋场相对紧张的库容，也会增加相应的成本.

最近十年，垃圾焚烧发电厂的数量快速增加，相应的垃圾焚烧副产物产量激增，其中作为危废的飞灰，其产量已达到1 000万t/年^［

19］.如何对其进行高效环保的处理已成为生活垃圾闭环处理系统中的关键棘手问题^{［参考文献 20

百度学术}20］.值得关注的是，垃圾焚烧飞灰（MSWI fly ash，以下简称飞灰）的矿物成分与水泥较为接近，在适当的条件下具有一定的胶凝活性^{［参考文献 21

百度学术}21］.已有研究表明，飞灰可有效提高固化剂的胶凝效应^{［参考文献 16

百度学术}16，22‑24］.

本文采用硫铝酸盐水泥协同飞灰固化渗滤液污泥，分析水泥和飞灰掺量（质量分数，文中涉及的掺量、组成等均为质量分数）对渗滤液污泥固化试样无侧限抗压强度和浸出毒性的影响规律，探索复合固化剂的微观控制机制，以期为环境友好，高效环保的生活垃圾副产物（渗滤液污泥和飞灰）共处理技术的应用提供试验依据和科学支撑.

1 试验

1.1 试验材料

1.1.1 渗滤液污泥

渗滤液污泥取自中国南方某生活垃圾卫生填埋场，其在天然状态下呈现黑褐色、果冻状，表面粗糙、结构疏松且有刺激性气味，其表面形态、微观结构及粒度分布如图1所示.

图1 渗滤液污泥的表面形态、微观结构及粒度分布

Fig.1 Surface morphology， microstructure and gradation distribution of LS

渗滤液污泥的基本物理性质和矿物成分如表1和图2所示.由表1可以看出：渗滤液污泥的含水量和有机质含量非常高，分别达到761.1%和71.2%；其液限为414.2%，相应的液性指数达到2.29.由图2可以看出，渗滤液污泥的主要矿物成分为碳酸钙、碳酸镁钙和石英，同时还含有较多的可溶性氯化钠和氯化钾.此处有必要指出，实际上渗滤液污泥主要由有机质构成，其矿物含量相对较低，而其中一半以上的有机质是以胞外聚合物和微生物的形式存在^［

25］.渗滤液污泥团聚体主要由污泥颗粒和胞外聚合物组成^{［参考文献 26

百度学术}26］.胞外聚合物覆盖于污泥颗粒表面并通过其不断分泌的胞外蛋白和多糖而使污泥颗粒紧密结合，进而形成多孔絮凝状结构，如图3所示.其中大量的水分被化学吸附于渗滤液污泥团聚体内部而难以通过物理方法去除.此外，由于渗滤液污泥结构疏松，污泥颗粒比表面积大且带负电荷^{［参考文献 25

百度学术}25］，其内部还存在重力水、毛细水以及表面吸附水.因此，渗滤液污泥的含水量非常高，达到761.1%.

表1 渗滤液污泥的基本物理性质

Table 1 Basic physical properties of leachate sludge

Water content(by mass)/%	Organic content(by mass)/%	Specific gravity	pH value	Density/(g·cm^-3)	Plastic limit/%	Liquid limit/%	Liquidity index
761.1	71.2	1.59	7.1	1.01	144.5	414.2	2.29

图2 LS的矿物成分

Fig.2 Mineral composition of LS

图3 LS中水的存在形式

Fig.3 Water form in leachate sludge

1.1.2 水泥和飞灰

飞灰取自中国广州某垃圾焚烧发电厂，呈灰黑色粉末状，烘干后颜色变淡至灰白色，外观形态为不规则的棉絮状，含水率低.

硫铝酸盐水泥和飞灰的化学组成如表2所示.由表2可以看出，飞灰具有与水泥相似的化学组成，因而具有一定的胶凝活性，同时也有望激发水泥颗粒的水化反应，促进更多的胶凝物质生成.为此，本文采用硫铝酸盐水泥协同飞灰对渗滤液污泥进行固化/稳定化.

表2 硫铝酸盐水泥和飞灰的化学组成

Table 2 Chemical composition（by mass） of SAC and MSWI fly ash ( Unit： % )

Material	CaO	SiO₂	SO₃	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	P₂O₅	Na₂O	K₂O	Cl	Other
SAC	47.07	10.07	11.54	24.37	2.70	1.13	0.09	0.49	0.99	0.25	1.30
MSWI fly ash	28.01	6.92	8.96	2.07	1.48	1.88	0.85	13.19	6.58	26.80	3.26

飞灰的矿物成分和微观结构分别如图4、5所示.由图4、5可以看出，飞灰的主要矿物成分为石英、碳酸钙、硫酸钙、氯化钠和氯化钾，其微观结构疏松多孔，颗粒尺寸小，比表面积大.

图4 飞灰的矿物成分

Fig.4 Mineral composition of MSWI fly ash

图5 飞灰的微观结构

Fig.5 Microstructure of MSWI fly ash

1.2 试样制备

设置水泥掺量（w_C）为10%、20%、30%、40%、50%，飞灰掺量（w_F）为0%、5%、10%、15%、20%，均以渗滤液污泥质量计.首先将称量好的水泥和飞灰掺入渗滤液污泥中，人工搅拌均匀，置于水泥胶砂搅拌机中搅拌5 min以形成均匀的混合浆体；然后将混合浆体分3层装入涂有凡士林的圆柱形PVC模具中（尺寸为39.1 mm×80.0 mm），每次置入混合浆体后即将模具置于振动台上振动2 min，以去除装样过程中形成的气泡；装样完毕后，将试样放于标准养护箱（（20±2）℃，相对湿度大于95%）中养护24 h后脱模，脱模后的试样继续放置于养护箱中养护至拟定龄期.

1.3 测试方法

按照GB/T 50123—2019《土工试验方法标准》对固化试样进行无侧限抗压强度试验.采用应变控制式无侧限压缩仪，加载速率为1.6 mm/min.每组平行试样为3个，结果取平均.

采用硫酸硝酸法进行浸出毒性试验.首先将浓硫酸与浓硝酸以质量比2∶1混合，加入去离子水中配置成pH值为3.20的浸提剂；接着取粉碎后的试样粉末以固液比0.1 kg/L与浸提剂倒入锥形瓶中混合，利用恒温水平震荡仪在23 ℃下以30 r/min震荡18 h；然后进行固液分离；最后采用电感耦合等离子体质谱仪进行重金属含量的测定.

将达到设计龄期的试样用无水乙醇淬冷后，放置在烘箱中于65 ℃下烘24 h，然后破碎，制成微观测试试样备用.采用场发射扫描电子显微镜（SEM）对试样进行微观形貌测试.采用X射线衍射仪（XRD）对试样进行矿物成分分析，扫描速率为5（°）/min，步长为0.02°.

2 结果与讨论

2.1 无侧限抗压强度

2.1.1 水泥掺量的影响

不掺加飞灰时，水泥固化渗滤液污泥（C‑LS）试样的无侧限抗压强度（UCS）如图6所示.

图6 水泥固化渗滤液污泥试样的无侧限抗压强度

Fig.6 UCS of SAC solidified leachate sludge samples

由图6可以看出：C‑LS试样的UCS随水泥掺量增加而快速增加，随养护龄期延长而缓慢增加；当w_C≥20%时，各龄期下C‑LS试样的UCS均满足填埋强度要求.硫铝酸盐水泥熟料中的石膏含量较高，其在水化过程中将生成水化硅酸钙（C‑S‑H）和钙矾石（ettringite）^［

27］.另外，硫铝酸盐水泥属于早强水泥，其7 d立方体抗压强度可达其28 d立方体抗压强度的80%以上^{［参考文献 28

百度学术}28］.因此，C‑LS试样的UCS随养护龄期延长仅略微增加.随着水泥掺量的增加，水泥水化反应生成的水化硅酸钙和钙矾石数量增加，水化产物对渗滤液污泥孔隙的填充效应及其与污泥颗粒的胶结程度增加，因此C‑LS试样的UCS增加.但值得指出的是，渗滤液污泥中NaCl含量较高，在水泥水化形成的碱性环境中，NaCl将与水化产物生成不具凝胶效应的Friedle盐^{［参考文献 29

百度学术}29］，一方面损耗了部分水化产物，另一方面生成的Friedle盐以膜的形式覆盖于水泥熟料颗粒的表面而抑制其后续水化.此外，渗滤液污泥的有机质含量非常高，有机质中的腐殖酸会抑制水泥的水化反应和火山灰反应；同时，腐殖酸通过离子键和配位络合作用与水泥水解释放的Ca²⁺发生反应，生成不溶于水和不具凝胶效应的钙质腐殖酸^{［参考文献 30

百度学术}30］.因此，虽然掺20%水泥固化试样的UCS即可满足填埋强度要求，但是C‑LS试样的整体强度不高，表现为当水泥掺量达到50%时，C‑LS试样的UCS仅为233.4 kPa.

2.1.2 飞灰掺量的影响

水泥协同飞灰固化渗滤液污泥（CF‑LS）试样的无侧限抗压强度如图7所示.

图7 水泥协同飞灰固化渗滤液污泥试样的无侧限抗压强度

Fig.7 UCS of SAC and MSWI fly ash solidified leachate sludge samples

需要指出的是，当飞灰掺量为20%，水泥掺量为10%时，所得试样不成形，其UCS记为0 kPa.由图7可以看出：CF‑LS试样的UCS随飞灰掺量增加呈现先增加后减小的趋势，说明掺入适量的飞灰可有效促进水泥的固化效果，提高试样的UCS；而过量的飞灰会对水泥的固化效果产生负面影响，甚至导致复掺飞灰试样的UCS低于相同固化剂掺量下单掺水泥的试样；当水泥掺量w_C≤30时，最优飞灰掺量为5%，当w_C>30%时，最优飞灰掺量为15%；当w_C=10%时，复掺5%~20%飞灰的CF‑LS试样28 d UCS均小于50 kPa，不满足填埋强度要求；当w_C=20%时，复掺5%~10%飞灰的CF‑LS试样28 d UCS大于100 kPa，满足填埋强度要求，而复掺15%~20%飞灰的CF‑LS试样28 d UCS小于40 kPa，不满足填埋强度要求；当w_C≥30%时，复掺0%~20%飞灰的CF‑LS试样28 d UCS均大于100 kPa，满足填埋强度要求.

由图7还可以看出，在7、14、28 d龄期下：20%水泥+10%飞灰的CF‑LS试样的UCS大于单掺30%水泥的C‑LS试样；30%水泥+10%飞灰的CF‑LS试样的UCS大于单掺40%水泥的C‑LS试样；40%水泥+10%飞灰的CF‑LS试样的UCS大于单掺50%水泥的C‑LS试样.由此可知，以10%的飞灰替代10%的水泥即可使渗滤液污泥达到更好的固化效果.因此，采用飞灰作为水泥的部分替代品可有效实现有害废物资源化和水泥消耗减量化的节能环保目的，达到垃圾焚烧飞灰与渗滤液污泥的危废/固废“共处理”目标.

飞灰对水泥固化渗滤液污泥试样强度的提升作用主要体现在以下3个方面：①飞灰中的重金属元素对水泥水化反应有促进作用.飞灰中的重金属离子水解产生的氢离子对水泥熟料水化反应具有促进作用^［

31］；飞灰中的重金属离子与系统中的钙离子反应生成重金属氢氧化物，此过程消耗系统中的钙离子进而加速水泥熟料中硅酸三钙的分解^{［参考文献 32

百度学术}32］；飞灰中的重金属离子可有效平衡反应环境中的负电荷，提供水泥水化反应的成核靶点，促进水化产物的生成，进而提高固化试样的UCS^{［参考文献 33

百度学术}33］.②飞灰可抑制Friedle盐的生成^{［参考文献 29

百度学术}29］.飞灰具有较大的比表面积，对渗滤液污泥中的自由水有较强的吸附性，可以将部分水吸附在其表面而形成一层结合水膜，使水泥-飞灰-污泥颗粒体系的混合更加均匀和充分；同时，自由水的减少可有效减少渗滤液污泥中可溶氯盐颗粒的溶解，降低反应体系中氯离子的浓度，进而抑制Friedle盐的生成，促进水泥的水化反应，从而提高固化试样的UCS.③飞灰本身的胶凝活性对固化试样的强度具有提升作用^{［参考文献 20

百度学术}20］.飞灰的元素组成与水泥较为相似，并且飞灰的颗粒粒径非常小，因此飞灰本身具有一定的胶凝活性，可有效协同水泥发生水化反应，生成更多的胶凝物质，从而提高固化试样的UCS.

值得指出的是，过量的飞灰将对水泥的固化效果产生负面影响，其主要影响机制体现在以下2个方面：①过量的飞灰参与固化污泥骨架的构建^［

16］.飞灰本身密度较低，呈松散的飞絮状，飞灰-水泥-污泥体系中，如飞灰掺量过高则剩余较多的飞灰将参与固化污泥的骨架构建，削弱骨架的刚度，导致固化试样的UCS降低.②飞灰中的Al元素与水泥水化环境中的OH^-反应生成氢气^{［参考文献 34

百度学术}34］，导致固化试样内部出现较多因氢气逸出而残留的孔洞，其骨架结构遭到削弱，UCS相应降低.

2.2 浸出毒性分析

由2.1可知，虽然单掺20%水泥的C‑LS试样的UCS可满足填埋强度要求，但是其强度处于较低水平，容易在受到外界扰动时快速降低.而复掺30%或40%水泥+15%飞灰的CF‑LS试样的固化效果较好，但CF‑LS试样中含有重金属含量较高的飞灰和渗滤液污泥（其Zn元素含量大于GB 16889—2008标准^［

26］中的限值）.

渗滤液污泥和飞灰中均含有重金属元素，其浸出毒性测试结果如表3所示.由表3可以看出，渗滤液污泥中Zn元素和飞灰中Cr、Cd、Pb、Zn元素的浸出毒性大于规范限值.因此，需要对水泥/飞灰固化试样的浸出毒性进行分析，确保其重金属浸出毒性满足填埋场的填埋要求^［

26］，进而评估其适用性和有效性.为此，在LS固化效果已经满足填埋强度要求的前提下，着重对固化效果较优的复掺30%或40%水泥+15%飞灰固化试样（分别记作试样C30F15‑LS和C40F15‑LS）进行浸出毒性分析，结果如表3所示.

表3 固化试样重金属浸出毒性

Table 3 Leaching toxicity of solidified samples Unit： mg/kg

Type	Leaching content				Limit value^{[参考文献 26 百度学术}26]
Type	LS	MSWI fly ash	C30F15‑LS	C40F15‑LS	Limit value^{[参考文献 26 百度学术}26]
Hg	ND	14.35	2.32	0.75	25
Cd	ND	350.00	15.20	14.80	20
Cr	440.00	2 000.00	331.84	229.61	1 000
Ni	40.00	68.00	31.23	19.02	200
Pb	6.00	2 300.00	507.66	424.34	1 000
Zn	4 200.00	10 400.00	2 069.58	1 664.31	4 000

Note： ND indicates that the detection value is below the threshold.

由表3可以看出，水泥协同飞灰固化试样的重金属浸出毒性均低于飞灰自身的浸出毒性和GB 16889—2008标准^［

26］中的限值，因此水泥协同飞灰胶凝材料可有效固定渗滤液污泥中的重金属元素.水泥协同飞灰胶凝材料主要通过以下4种方式对渗滤液污泥中的重金属元素进行固定，其固定机理如图8所示：①重金属被C‑S‑H凝胶物理吸附^{［参考文献 35

百度学术}35］；②重金属离子分别与钙矾石和Friedel盐中的SO

_{4}^{2 -}

和Cl^-进行离子交换而被固定^{［参考文献 36‑37}36‑37］；③重金属离子与环境中的阴离子团形成重金属盐而发生化学沉淀^{［参考文献 38

百度学术}38］；④重金属被物理包封于水泥协同飞灰胶凝材料内部^{［参考文献 39

百度学术}39］.

图8 水泥协同飞灰胶凝材料的重金属固定机理示意图

Fig.8 Schematic diagram of heavy metal immobilization mechanism of SAC and MSWI fly ash^［

38‑39］

2.3 固化机理分析

为探索水泥协同垃圾焚烧飞灰对渗滤液污泥的固化机理，选择28 d龄期时40%水泥掺量下的典型C‑LS（记作C40‑LS）和CF‑LS试样（飞灰掺量为5%、10%、15%和20%的试样分别记作C40F5‑LS、C40F10‑LS、C40F15‑LS、C40F20‑LS）进行微观结构测试和矿物成分分析.

2.3.1 微观结构分析

不同飞灰掺量渗滤液污泥固化试样的SEM图如图9所示.

图9 不同飞灰掺量渗滤液污泥固化试样的SEM图

Fig.9 SEM images of leachate sludge samples solidified by SAC and MSWI fly ash of different contents

由图9可以看出：飞灰掺量为0%的试样C40‑LS中存在大量未胶结的污泥团聚体，且试样内部的孔隙较多，微观结构较为松散，C‑S‑H和钙矾石胶凝材料较少，难以对污泥团聚体进行有效胶结，其UCS仅为135.3 kPa；飞灰掺量为5%的试样C40F5‑LS微观结构较为密实，污泥团聚体表面覆盖较多的水泥协同飞灰水化产物，C‑S‑H和钙矾石胶凝材料较多，但呈现分散分布的形态，未形成连续分布的胶结结构，其UCS较试样C40‑LS增加175%，但仍然只有372 kPa；飞灰掺量为10%的试样C40F10‑LS与试样C40F5‑LS相似，表面有多种水化产物，但是存在明显的孔洞和裂隙，在极大程度上削弱了试样的强度增长，其UCS仅有441.7 kPa；在飞灰掺量为15%的试样C40F15‑LS中可观察到零星未参与反应的飞灰颗粒，污泥团聚体表面基本完全覆盖连续分布的C‑S‑H凝胶，部分钙矾石晶体与C‑S‑H凝胶形成空间互锁的胶结结构，可有效提高固化试样的骨架刚度，污泥团聚体被C‑S‑H和钙矾石胶凝材料有效包裹和胶结，其UCS较高，达到650.0 kPa，是试样C40‑LS的4.8倍；飞灰掺量为20%的试样C40F20‑LS中仍然可以观察到连续分布的C‑S‑H凝胶，但其内部存在未参与反应的飞灰团簇，说明此时飞灰已过量，轻质低强的飞灰开始参与固化试样的骨架构建，导致骨架刚度降低，过量飞灰中的Al元素与水泥水化过程中产生的OH^-反应生成氢气，由此导致试样内部出现延伸长度和张开宽度较大的裂隙，固化试样的微观结构进一步劣化，其UCS（431.1 kPa）较试样C40F15‑LS有所降低，但仍高于试样C40‑LS（135.3 kPa）.总体而言，CF‑LS试样水化产物的生成数量与分布形态与C‑LS试样有较大的不同，说明飞灰的掺入改变了水泥的水化特性，同时利用自身的胶凝活性，促进了固化试样内部水化产物的生成，提高了固化试样的UCS.

2.3.2 矿物成分分析

不同飞灰掺量渗滤液污泥固化试样的XRD图谱如图10所示.

图10 不同飞灰掺量渗滤液污泥固化试样的XRD图谱

Fig.10 XRD patterns of leachate sludge samples solidified by SAC and MSWI fly ash of different contents

由图10可以看出：（1）固化试样中均检出C‑S‑H和钙矾石的衍射峰，说明水泥协同飞灰的主要水化产物为C‑S‑H凝胶和钙矾石晶体；同时，复掺飞灰的CF‑LS试样中C‑S‑H和钙矾石的衍射峰显著高于单掺水泥的C‑LS试样，说明飞灰可有效促进水泥的水化反应，生成更多的水化产物，进而提高固化试样的UCS^［

40］；但是飞灰掺量为20%的试样C40F20‑LS中C‑S‑H和钙矾石的衍射峰较飞灰掺量为15%的试样C40F15‑LS有所降低，说明过量的飞灰会抑制水泥的水化反应，导致固化试样的UCS降低.（2）固化试样中同时也检出石膏（gypsum）的衍射峰.石膏是硫铝酸盐水泥的重要组成矿物^{［参考文献 28

百度学术}28］.复掺飞灰的CF‑LS试样中石膏衍射峰明显小于单掺水泥的C‑LS试样，说明飞灰可促进石膏的反应而生成钙矾石晶体，即促进水泥的水化反应.（3）固化试样中还检出Friedel盐的衍射峰，对于飞灰掺量为0%的试样C40‑LS，其XRD图谱中Friedle盐的衍射峰较高，说明参与反应的氯离子来源于渗滤液污泥；对于飞灰掺量较高的试样C40F5‑LS和C40F20‑LS，其XRD图谱中Friedle盐的衍射峰已相对较低，说明Friedle盐的衍射峰随着飞灰掺量的增加而减小，即飞灰的掺入可抑制体系中Friedle盐的生成.这是因为，随着飞灰掺量的增加，固化试样内部生成的C‑S‑H和钙矾石胶凝材料增加，由此可更好地胶结和包封渗滤液污泥团聚体，减小其中的NaCl晶体在水中的溶解，进而降低反应环境中的Cl^-浓度，抑制Friedel盐的生成.（4）此外，CF‑LS试样中检出了KCl的衍射峰，其主要来源为试样中未参与反应的飞灰.试样C40‑LS和C40F5‑LS中KCl的衍射峰强度较低；而试样C40F20‑LS中KCl的衍射峰强度较高，说明此时飞灰的掺入已经过量，宏观上表现为试样C40F20‑LS的UCS与试样C40F15‑LS相比有所降低.（5）值得指出的是，CF‑LS试样中还检出了重金属盐KCr₂O₄的衍射峰，说明渗滤液污泥和飞灰中的部分重金属经过化学沉淀而包封于固化试样内部^{［参考文献 38

百度学术}38］.

3 结论

（1）硫铝酸盐水泥协同垃圾焚烧飞灰可有效地对渗滤液污泥进行固化.固化试样的无侧限抗压强度随水泥掺量增加而增加，当水泥掺量大于20%时，水泥固化试样在各试验龄期条件下的无侧限抗压强度满足填埋场的填埋强度要求（不小于50 kPa）.

（2）垃圾焚烧飞灰可有效提高硫铝酸盐水泥对渗滤液污泥的固化效果，固化试样的无侧限抗压强度随飞灰掺量增加呈现先增大后减小趋势，最优飞灰掺量分别为5%（水泥掺量不大于30%）和15%（水泥掺量不小于40%）.飞灰作为水泥的部分替代品可有效实现有害废物资源化和水泥消耗减量化的节能目标，达到飞灰与渗滤液污泥的危废/固废“共处理”目标.

（3）硫铝酸盐水泥协同垃圾焚烧飞灰胶凝材料可对飞灰中的重金属元素进行有效固定.复掺30%或40%水泥+15%飞灰试样的重金属浸出毒性远小于飞灰本身及规范限值，水泥掺量不小于30%的复掺飞灰固化试样可同时满足填埋强度和浸出毒性要求.

（4）硫铝酸盐水泥协同垃圾焚烧飞灰胶凝材料主要通过物理吸附、离子交换、化学沉淀和物理包封4种方式实现对重金属的固定.

参考文献

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