茶皂素在垃圾焚烧飞灰固化处理中的应用
着社会经济的发展和城市化进程加快，城市生活垃圾的数量、有机组分含量以及热值也日益增加，大量的城市生活垃圾对人们生活环境和城市发展造成了巨大的压力和危害，如何实现城市生活垃圾无害化、减苗化和资源化的“三化”处理已成为现在研究的焦点。目前。采用焚烧方法处理城市生活垃圾是国内外一种比较先进的垃圾处理方法，它能有效地使垃圾减昔化和资源化，并可将处理后产生的能量用于发电。但采用焚烧的方法处理城市生活垃圾时，大量的重金属因为高温而挥发到烟气中，并最终富集于飞灰中，若处理不当，将会造成重金属迁移，污染地下水、土壤及空气。因此如何安全有效地处置垃圾焚烧飞灰即成为急需解决的环境和社会问题。
根据成分的不同，目前国内外对垃圾焚烧飞灰通常采用的处理方法有：①经过适当处理按危险废物填埋，但处理成本较高；②将重金属与飞灰分离，分别进行资源化处理，如酸提取、碱提取、生物提取等，但处理效果差；③固化与稳定化。用水泥、沥青或熔融结合化学药剂同化处理，其主要作用是使飞灰中的重金属及其污染组分呈现化学惰性或被包埋起来，可降低污染物的毒性和减少它们向生态圈的迁移，便于运输和处理。
茶皂素的分子中有亲水性的糖体和疏水性的配位基团，具有乳化、分散、湿润、去污、发泡、稳泡等多种表面活性，是一种性能优良的天然表面活性剂。茶皂素的亲水和亲油两种活性基团能显著降低溶液的表面张力；同时，它对重金属离子又具有高效螯合功能，与飞灰中的重金属离子形成的螯合物稳定、不易降解，应用于垃圾焚烧飞灰处理极具开发价值。
一、茶皂素应用于垃圾飞灰的活化处理
1．活化处理的目的
由于城市生活垃圾焚烧飞灰含有重金属、二垩英等危害物，且具有较高的比面积和高表面能，直接用水浸，容易浮在上面而不被浸润，必须对飞灰进行活化处理才能完成它与水泥的同化稳定。飞灰颗粒表面易于吸附表面活性剂，而茶皂素作为一种有效的绿色表面活性剂。可与垃圾飞灰中的重金属离子形成较为稳定的固相物，从而达到活化处理垃圾飞灰的作用。
2．活化处理工艺
按3％～5％的比例称取茶皂素加入水溶液中充分摇(搅拌)匀，使泛起大量气泡，静置片刻，将茶皂素溶液淋在垃圾焚烧飞灰中，用类似和泥的方式将飞灰完全浸湿、混匀，得到活化处理的飞灰。
3．活化处理飞灰中有害重金属含量
城市垃圾焚烧生产的飞灰在当今世界各国都被定为危险废物，其中有较高浓度的重金属。参照GB／T15555．1— 15555．12—1995固体废物浸出毒性测定方法，在有毒物质浸出程序(Toxicity Characteristic Leaching Procedure，TCLP) 条件下浸取，制得测试样品，同时以未进行茶皂素溶液活化处理的垃圾焚烧飞灰为对照。样品经振荡摇匀、过滤提取后，以PERKN ELMER 5100 PC型原子吸收分光光度仪 (AAS)测定滤液的重金属含量。经茶皂素改性后的垃圾焚烧飞灰中重金属离子镉和铅的浸出量分别是对照的69％和 28％，说明经活化处理后，垃圾焚烧飞灰中部分水溶性的重金属发生了螯合反应，留在了固相中。
二、气孔性水泥砌块小样制作工艺
先配制3．75％茶皂素水溶液，充分搅拌呈泡沫状，加入一定量的飞灰，搅拌(实验室条件下是放在转速为 100r／min的摇床上振荡)24h，使飞灰与茶皂素溶液充分反应且气泡密度均匀，然后加入一定量的水泥，混合搅拌均匀，倒入长、宽、高均为10cm的模具中。试件采用标准养护方法。在温度为(20+5)oC的情况下静置1昼夜至两昼夜，然后拆模。拆模后的试件立即放入温度为(20+3)℃、湿度90％以上的标准养护室中养护。以水溶液代替茶皂素溶液，以相同的水泥、垃圾焚烧飞灰质量比，并以相同工艺制作水泥砌块对照。拆模后可以明显看出，对照水泥砌块为实心，没有肉眼明显可见的气孔，而以茶皂素活化后的飞灰制成的水泥砌块含有较均匀的气孔，成功制得气孔性水泥砌块。
水泥砌块的制作效果分析
1．水泥砌块的强度
在水泥砌块的试制过程中，分别将水泥与垃圾焚烧飞灰按1：1、1：1．5、1：2、1：2．5、1：3和1：4的质量比进行试验，同时以水代替茶皂素液进行对照实验。观察记录凝同时间，并将水泥砌块在不同高度下做自由落体，以水泥砌块与地面碰撞后的破碎程度测试其强度(表1)。试验结果表明，当飞灰与水泥的质量比大于2：1时，制得的水泥砌块易碎；当垃圾飞灰与水泥的质量比为1：l时，对照抗压强度最大，加茶皂素制成的气孔性砌块强度比对照稍弱，凝固时间略长；当飞灰与水泥的质量为1．5：1时，处理与对照抗压性强度相当，凝固时间略长。
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注：强度易碎指在lm的高度下，落地后破碎，砌块不完整；★为 1．5m高度落地后，砌块完绉、边缘有碎屑产生；★★为多次1．5— 2．7m高度重复落地后，砌块完整不变形；★★★为从2．7m以上高度多次试投到水泥地面，砌块完整。
2．水泥砌块重金属离子含量
重金属浸出试验按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(GB5086．2一1997)进行，用原子吸收分光光度法测定浸小液的重金属含量。结果表明，加茶皂素的气孔性水泥砌块和不加茶皂素的非气孔性水泥砌块1天至5天的所有浸出液样品的铅和镉的含量均在0．005mg／L以下，达到安全标准。说明水泥固化垃圾焚烧飞灰可以达到有害重金属的固化稳定效果。
添加茶皂素活化处理飞灰与水泥按一定量配比可制得气孔性水泥砌块，当水泥和飞灰的质量比为1：1．0-1．5 时，所制水泥砌块除颜色较对照稍偏黄外，其气孔密度、强度均达到了气孔性水泥砌块的要求。经水泥固化处理垃圾焚烧飞灰中的重金属达到稳定同化处理的要求，有效减少了环境污染，提供了一种安全有效地处置垃圾焚烧飞灰的方法。
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