茶皂素在垃圾焚燒飛灰固化處理中的應用
著社會經濟的發展和城市化進程加快，城市生活垃圾的數量、有機組分含量以及熱值也日益增加，大量的城市生活垃圾對人們生活環境和城市發展造成了巨大的壓力和危害，如何實現城市生活垃圾無害化、減苗化和資源化的“三化”處理已成為現在研究的焦點。目前。采用焚燒方法處理城市生活垃圾是國內外一種比較先進的垃圾處理方法，它能有效地使垃圾減昔化和資源化，并可將處理后產生的能量用于發電。但采用焚燒的方法處理城市生活垃圾時，大量的重金屬因為高溫而揮發到煙氣中，并最終富集于飛灰中，若處理不當，將會造成重金屬遷移，污染地下水、土壤及空氣。因此如何安全有效地處置垃圾焚燒飛灰即成為急需解決的環境和社會問題。
根據成分的不同，目前國內外對垃圾焚燒飛灰通常采用的處理方法有：①經過適當處理按危險廢物填埋，但處理成本較高；②將重金屬與飛灰分離，分別進行資源化處理，如酸提取、堿提取、生物提取等，但處理效果差；③固化與穩定化。用水泥、瀝青或熔融結合化學藥劑同化處理，其主要作用是使飛灰中的重金屬及其污染組分呈現化學惰性或被包埋起來，可降低污染物的毒性和減少它們向生態圈的遷移，便于運輸和處理。
茶皂素的分子中有親水性的糖體和疏水性的配位基團，具有乳化、分散、濕潤、去污、發泡、穩泡等多種表面活性，是一種性能優良的天然表面活性劑。茶皂素的親水和親油兩種活性基團能顯著降低溶液的表面張力；同時，它對重金屬離子又具有高效螯合功能，與飛灰中的重金屬離子形成的螯合物穩定、不易降解，應用于垃圾焚燒飛灰處理極具開發價值。
一、茶皂素應用于垃圾飛灰的活化處理
1．活化處理的目的
由于城市生活垃圾焚燒飛灰含有重金屬、二堊英等危害物，且具有較高的比面積和高表面能，直接用水浸，容易浮在上面而不被浸潤，必須對飛灰進行活化處理才能完成它與水泥的同化穩定。飛灰顆粒表面易于吸附表面活性劑，而茶皂素作為一種有效的綠色表面活性劑。可與垃圾飛灰中的重金屬離子形成較為穩定的固相物，從而達到活化處理垃圾飛灰的作用。
2．活化處理工藝
按3％～5％的比例稱取茶皂素加入水溶液中充分搖(攪拌)勻，使泛起大量氣泡，靜置片刻，將茶皂素溶液淋在垃圾焚燒飛灰中，用類似和泥的方式將飛灰完全浸濕、混勻，得到活化處理的飛灰。
3．活化處理飛灰中有害重金屬含量
城市垃圾焚燒生產的飛灰在當今世界各國都被定為危險廢物，其中有較高濃度的重金屬。參照GB／T15555．1— 15555．12—1995固體廢物浸出毒性測定方法，在有毒物質浸出程序(Toxicity Characteristic Leaching Procedure，TCLP) 條件下浸取，制得測試樣品，同時以未進行茶皂素溶液活化處理的垃圾焚燒飛灰為對照。樣品經振蕩搖勻、過濾提取后，以PERKN ELMER 5100 PC型原子吸收分光光度儀 (AAS)測定濾液的重金屬含量。經茶皂素改性后的垃圾焚燒飛灰中重金屬離子鎘和鉛的浸出量分別是對照的69％和 28％，說明經活化處理后，垃圾焚燒飛灰中部分水溶性的重金屬發生了螯合反應，留在了固相中。
二、氣孔性水泥砌塊小樣制作工藝
先配制3．75％茶皂素水溶液，充分攪拌呈泡沫狀，加入一定量的飛灰，攪拌(實驗室條件下是放在轉速為 100r／min的搖床上振蕩)24h，使飛灰與茶皂素溶液充分反應且氣泡密度均勻，然后加入一定量的水泥，混合攪拌均勻，倒入長、寬、高均為10cm的模具中。試件采用標準養護方法。在溫度為(20+5)oC的情況下靜置1晝夜至兩晝夜，然后拆模。拆模后的試件立即放入溫度為(20+3)℃、濕度90％以上的標準養護室中養護。以水溶液代替茶皂素溶液，以相同的水泥、垃圾焚燒飛灰質量比，并以相同工藝制作水泥砌塊對照。拆模后可以明顯看出，對照水泥砌塊為實心，沒有肉眼明顯可見的氣孔，而以茶皂素活化后的飛灰制成的水泥砌塊含有較均勻的氣孔，成功制得氣孔性水泥砌塊。
水泥砌塊的制作效果分析
1．水泥砌塊的強度
在水泥砌塊的試制過程中，分別將水泥與垃圾焚燒飛灰按1：1、1：1．5、1：2、1：2．5、1：3和1：4的質量比進行試驗，同時以水代替茶皂素液進行對照實驗。觀察記錄凝同時間，并將水泥砌塊在不同高度下做自由落體，以水泥砌塊與地面碰撞后的破碎程度測試其強度(表1)。試驗結果表明，當飛灰與水泥的質量比大于2：1時，制得的水泥砌塊易碎；當垃圾飛灰與水泥的質量比為1：l時，對照抗壓強度最大，加茶皂素制成的氣孔性砌塊強度比對照稍弱，凝固時間略長；當飛灰與水泥的質量為1．5：1時，處理與對照抗壓性強度相當，凝固時間略長。
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注：強度易碎指在lm的高度下，落地后破碎，砌塊不完整；★為 1．5m高度落地后，砌塊完縐、邊緣有碎屑產生；★★為多次1．5— 2．7m高度重復落地后，砌塊完整不變形；★★★為從2．7m以上高度多次試投到水泥地面，砌塊完整。
2．水泥砌塊重金屬離子含量
重金屬浸出試驗按照《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(GB5086．2一1997)進行，用原子吸收分光光度法測定浸小液的重金屬含量。結果表明，加茶皂素的氣孔性水泥砌塊和不加茶皂素的非氣孔性水泥砌塊1天至5天的所有浸出液樣品的鉛和鎘的含量均在0．005mg／L以下，達到安全標準。說明水泥固化垃圾焚燒飛灰可以達到有害重金屬的固化穩定效果。
添加茶皂素活化處理飛灰與水泥按一定量配比可制得氣孔性水泥砌塊，當水泥和飛灰的質量比為1：1．0-1．5 時，所制水泥砌塊除顏色較對照稍偏黃外，其氣孔密度、強度均達到了氣孔性水泥砌塊的要求。經水泥固化處理垃圾焚燒飛灰中的重金屬達到穩定同化處理的要求，有效減少了環境污染，提供了一種安全有效地處置垃圾焚燒飛灰的方法。
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