廢棄泡沫塑料的疏浚泥固化處理技術的研究
摘 要:提出采用疏浚泥固化技術治理由廢棄泡沫塑料引起的白色污染,既可解決疏浚泥及廢棄泡沫塑料對環境的污染,又可廢物利用產生新型土工材料。研究這一方法的技術可行性,對其綜合性技術經濟效益進行了評價。
為保證電器及其它貴重易碎商品在運輸過程中的安全,往往采用泡沫塑料這種既不會增加很大重量又能緩沖其受力的材料來襯墊。而當這些商品到達消費者手中時,泡沫塑料成了占用空間大而作用甚微的廢品,于是產生了大量廢棄泡沫塑料。另外,大量塑料一次性餐具的使用,也使得廢棄泡沫塑料大為增加。然而,廢棄泡沫塑料極低的價值也使得我國對廢棄泡沫塑料的回收率極低,這就使大量的廢棄泡沫塑料進入垃圾。進入生活垃圾中的廢棄泡沫塑料很難處理,按最簡單原始的填埋法處理,既占用大量土地又造成對空氣、地下水資源及江河湖海的二次污染。塑料制品體積大、比重輕、埋在地下數百年不能降解,而且塑料中增塑劑和添加劑的滲出嚴重影響土壤的傳熱、傳質過程,使土壤板結,并導致地下水污染。用焚燒法處理時,焚燒的穩定性差,產生成分復雜的廢氣和大量含毒性極強的污染物,造成對大氣的二次污染。而且,焚燒處置的各種費用高？梢娚罾械膹U棄泡沫塑料不但影響了自然景觀,產生了視覺污染,更深層次危害我們日漸脆弱的環境,給人們生活和健康帶來不利影響[1 - 2] 。
在我國隨著湖泊治理、港口、航道、海洋和海岸工程建設的迅速增長,產生了大量的疏浚泥,如浙江省的6 萬km 河道淤積總量已達20 億m3 ,每年平均淤積量1 億m3 。目前在我國主要通過兩種方法處理疏浚泥:吹填方法、拋泥方法[3 - 4 ] 。吹填方法就是在需要填方的地區修建圍堰,然后將疏浚泥吹填在內的方法。使用吹填處理的最大問題就是吹填用地問題,吹填地基也由于非常軟弱,在后期的開發利用時需要花費昂貴的地基處理費用,而且吹填施工往往出現泥水向圍堰外部擴散,引起二次污染的問題。拋泥方法一般是在特定的海域內設置傾倒區,將疏浚泥運輸至此傾倒于海洋。這種行為嚴重危害了海洋生物生存環境,影響了海洋資源的有效利用開發。據有關專家預測, 疏浚淤泥的處置問題將會成為制約我國治理大江大河和海洋工程發展的關鍵性問題。
在許多大型土方工程中,如在高速公路的建設、河道堤岸的加固、建筑填方工程、海洋工程中都需要大量的填方用土。目前,這些土一般來自耕地的開挖、河床采砂、開山采石等方法,但這些方法取得的土方資源是有限的。而且這些方法還會帶來許多負面影響,如造成水土流失和農田減少等,直接危害環境。由于我國特別是沿海地區建設需土方量大,隨著天然資源的減少和民眾環保意識的增強,土方的開采越來越難,又因為價格的上漲和運輸距離的延長,長距離土方運輸就很不經濟。所以,工程用土已經成為一些特別是大型工程項目的開發建設的重要成本因素。
如何解決以上三方矛盾,科學地利用這些廢棄資源是一個亟待解決的環境課題。本文提出通過固化技術,將已成為垃圾的疏浚泥、廢棄泡沫塑料處理變為新的土工材料———泡沫塑料輕質填土,既解決了土石方資源匱乏問題,又減少垃圾,解決了環境污染問題。國內在這方面目前還處于起步和探索階段,本文對這一技術的基本原理及工程特性進行了試驗研究。
1 基本原理
固化處理技術是將有害廢棄物與固化劑及其它化學添加劑混合均勻,使其轉化成類似土壤或膠結強度很大的固體,就地填埋或用作建筑材料。
疏浚泥固化處理技術是將疏浚泥倒入攪拌器內,再按設計配比稱量并加入水泥類固化劑和廢棄泡沫塑料顆粒,以機械方式強制攪拌混合,形成具有一定強度的固化體。由于水泥水化產物在土顆粒表面及土顆粒之間的生成,逐漸填充了土顆粒之間的大孔隙,并隨著水泥水化物的繼續增多、凝聚和結晶. 在繼續填充大孔隙的同時,開始對土中粒團內的微孔隙發生影響,使水泥土的滲透系數降低,從而達到用惰性材料來束縛有害廢棄物中的危險成分浸出的目的。更主要的是其最終產生了具有高附加值的新型土工材料———廢棄泡沫塑料輕質填土,達到了廢物資源化利用的目的。
2 室內試驗
室內試驗采用廣東省大亞灣濱海相疏浚泥作為原料土(基本參數見表1) ,南京江南水泥有限公司生產的鐘山牌325 # 普通硅酸鹽水泥作為固化材料,粒徑1～3mm 的泡沫塑料顆粒作為輕質材料。試驗時先按一定體積取淤泥,倒入攪拌器內,再按設計配方稱量并加入水泥和泡沫塑料顆粒,以機械方式強制攪拌,轉速為100r/ min ,攪拌5min ,然后分三層裝入內直徑5cm ,高10cm 的圓柱體模具,每層輕輕壓實,再裝下一層,直到裝滿。置于恒溫恒濕箱中養護,養護條件為濕度90 %～100 % ,溫度0 ±2 ℃。養護24h 脫模,脫模后試樣繼續在養護箱內養護,直到設計齡期。對于不同齡期、不同配方的試樣先量測試樣的體積和質量,再進行無側限抗壓強度試驗。
表1 試驗所用疏浚淤泥基本參數 |
室內試驗采用配方為:一方疏浚泥中水泥添加量為68～137kg ,廢棄泡沫塑料顆粒添加量為25. 71～69.98kg。不同配方試樣養護7d、28d 的試驗結果如圖1、圖2 所示。
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試驗結果表明,采用本試驗配比,廢棄泡沫塑料輕質填土具有以下工程特性:濕密度在0. 7～1. 0g/ cm3之間,而且可根據工程的不同要求,通過調整材料配方來控制,在滿足強度要求的前提下,盡量降低密度和成本;無側限抗壓強度較普通填土高的多,而且可根據工程的不同要求,通過調整材料的配方可將其無側限抗壓強度在145～500kPa 范圍內自由控制;試樣的強度來源于固化材料的水化反應,所以其長期強度不僅不會減小,而且會稍有增加。需要注意的是,所有本試驗所用配方的試樣, 破壞應變都小于5 % , 為脆性破壞[5] 。如圖3 所示:一方淤泥中水泥添加量為102. 86kg時,不同泡沫塑料顆粒含量的試樣,28d 應力2應變曲線中試樣的破壞應變小于3 %。因此對這種土工材料,需要控制荷載,使荷載不超過結構強度,從而使其有良好的工程性質[6] 。
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3 工程造價
根據固化處理設備輸送、添加固化材料、混合攪拌的原理,而正在研制改造的成套淤泥固化設備,其造價在50 萬元以下,處理能力預計為50m3/ h ,這有助于實現一次大量處理廢棄淤泥及廢棄泡沫塑料。而且處理工廠可根據需要設置為固定式或船載、車載等移動式,在施工上比較靈活。
由于單純添加水泥會使工程造價過高,可添加工業廢料如粉煤灰、石膏等作為輔助固化材料,既促進了水泥的固化效果,降低了造價,又可廢物利用,產生新的土工材料。
采用此技術制成的土工材料具有輕質高強、固化前具有流動性、固化后可以自立等優點,可以被廣泛地用于路基的擴幅填土、軟基上的填土、橋臺等結構物背后填土以及直接用做擋土墻。尤其是低密度的特點,可以減輕對基底或下臥層的壓力,減少甚至無需地基處理,可大幅度地縮短施工工期、節省用地等,特別是可大幅地降低由于軟基的工后沉降而引起的維護管理
費,進一步降低了整個工程的綜合造價。以廣珠東線為例,建筑施工時對軟基路段進行排水固結處理的同時,大部分路段還進行過兩次超載預壓,許多橋涵背在回填砂前還進行過一些特殊處理(如:粉噴樁) ,但在建成通車的僅兩年的時間內,已對區內的近50 個橋涵背進行過三次大的修補,付出的直接維修費用就達到了1500 萬元,并且還需進行不斷的修補。上述工程如采用經輕量化處理后的輕質填土,應能創造十分顯著的社會經濟效益。
4 結論
采用固化處理的方法,一次大量處理疏浚泥及廢棄泡沫塑料,使其達到工程所要求的密度、強度等要求在技術上是可行的。既具有保護環境和廢物利用的優點,又有廣闊的工程應用前景,是一種值得推廣的方法。
[參考文獻]
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[2 ] 郭廷杰. 廢塑料合理再生利用的探討[J ] . 能源工程,2002 ,5 :36239.
[3 ] 朱偉,張春雷,高玉峰,等. 疏浚泥處理再生資源技術的現狀[J ] . 環境科學與技術,2002 ,4 :39241.
[4 ] 朱偉,劉漢龍,高玉峰. 工程廢棄土的再生資源利用技術[J ] . 再生資源研究,2001 ,6 :32235.
[5 ] 湯怡新,劉漢龍,朱偉. 水泥固化土工程特性試驗研究[D] . 堤防加固技術研討會論文集,1999 ,9302936.
[6 ] 馬時冬. 聚苯乙烯泡沫塑料輕質填土(SLS) 的特性[J ] . 巖土力學,2001 ,2 :2452248.
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