(熊金磊, 王羅春, 王軍建, 朱世杰

(上海電力學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 上海 200090)

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建筑垃圾中廢石膏問(wèn)題的研究現(xiàn)狀及展望

(熊金磊, 王羅春, 王軍建, 朱世杰

(上海電力學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 上海 200090)

簡(jiǎn)述了建筑垃圾中廢石膏的來(lái)源與危害,介紹了減少建筑垃圾中石膏含量的方法,描述了含廢石膏建筑垃圾的處理及資源化的可能性與方法,對(duì)建筑垃圾中廢石膏問(wèn)題的研究進(jìn)行了總結(jié)和展望.

建筑垃圾; 廢石膏板; 硫化氫

石膏是一種單斜晶體礦物,其主要成分是硫酸鈣水合物,化學(xué)式為CaSO4·2H2O.石膏的應(yīng)用十分廣泛,其中最常見(jiàn)的做成石膏板.石膏板又稱(chēng)紙面石膏板,通過(guò)用兩張厚紙板擠壓石膏灰泥形成,常用作墻體、天花板、屋頂和地板的隔板和襯墊.

作為一種建筑材料,石膏板有很多優(yōu)異的特性,使其在建筑材料中有著不可替代的作用.石膏板作為內(nèi)墻面,具有安裝簡(jiǎn)單、透氣性好、質(zhì)地軟、質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn),并且還有防火功能[1-4].

建筑垃圾中常常會(huì)含有石膏板,在施工建筑垃圾中,廢石膏含量約為4.7%,而在拆毀性建筑垃圾中所含比重往往超過(guò)10%[5-7].細(xì)小的石膏顆粒在遇到雨水或在建筑垃圾處理過(guò)程中遇到水就會(huì)變成糊狀物,阻礙中間處理設(shè)備的正常運(yùn)行,例如篩網(wǎng)、傳送帶、粉碎機(jī)等會(huì)因?yàn)檎成线@種糊狀物不能正常工作.

將含有廢石膏的建筑垃圾進(jìn)行填埋處理,或?qū)⑵浠厥沼糜谥苽渖a(chǎn)回填材料的再生骨料,在其填埋或回填后,其中的硫酸鹽在適當(dāng)?shù)膮捬鯒l件下,經(jīng)硫酸鹽還原菌降解,會(huì)產(chǎn)生硫化氫氣體[8-9].硫化氫氣體對(duì)生物體有害,當(dāng)硫化氫濃度達(dá)到1.0×103mL/m3時(shí)可導(dǎo)致人畜立即死亡[10].

1　建筑垃圾中廢石膏的來(lái)源

建筑物拆除現(xiàn)場(chǎng)的混合建筑垃圾一般需經(jīng)壓碎處理,得到級(jí)配連續(xù)性較好的顆粒物后,再進(jìn)行回收利用[11-15].破碎前后又包括手工分選、磁選、風(fēng)選和篩分等分離工藝,如圖1所示.

造成石膏污染建筑垃圾原因較多,如未在建筑物拆除現(xiàn)場(chǎng)對(duì)建筑垃圾進(jìn)行分類(lèi),無(wú)法識(shí)別或區(qū)分建筑垃圾中的石膏,或拆除過(guò)程中石膏清除不徹底,石膏板嚴(yán)重破損等.

圖1　典型的建筑垃圾中間處理流程

2　減少建筑垃圾中石膏含量的方法

當(dāng)含石膏的建筑垃圾以地下建筑材料形式回收利用或進(jìn)行填埋處置時(shí),會(huì)產(chǎn)生有毒的硫化氫氣體,所以應(yīng)盡量減少建筑垃圾中廢石膏的含量.

在建筑物拆除施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行石膏板的人工識(shí)別和手工分選是最簡(jiǎn)單的去除建筑垃圾中石膏的方法.經(jīng)手工分選后的混合建筑垃圾在回收利用前的中間處理流程中,可采用篩分、重液分離[16]等方法進(jìn)一步減少建筑垃圾中的石膏含量.

2.1篩分

在建筑垃圾的壓碎過(guò)程中,由于石膏的易碎性,石膏往往被粉碎成較小顆粒,細(xì)顆粒建筑垃圾的石膏含量要明顯高于粗顆粒建筑垃圾.根據(jù)建筑垃圾的水分含量,適當(dāng)選擇篩網(wǎng)的孔徑,通過(guò)篩分可以有效減少建筑垃圾中的石膏含量.研究結(jié)果表明,用2 mm的濾網(wǎng)去除細(xì)小顆粒時(shí),可將混合垃圾中的石膏含量減少61%.

2.2重液分離

由于混合建筑垃圾中的石膏主要為細(xì)小顆粒,密度較大[17],在混合建筑垃圾被送往垃圾填埋場(chǎng)之前,通過(guò)重液分離去除密度范圍在1.59～2.28 g/cm3的細(xì)小顆粒(約占建筑垃圾總重量的24%),可以大大減少其中的石膏含量.使用CCl4(密度為1.59 g/cm3)和 CH3I(密度為2.28 g/cm3)[18-21]分步分離出密度范圍在1.59～2.28 g/cm3的顆粒,通過(guò)電子電導(dǎo)率測(cè)定,確定石膏含量.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,可去除93%的廢石膏.

但重液分離法成本較高,處理負(fù)荷較小,且常用重液多為有機(jī)溶液,可能會(huì)對(duì)建筑垃圾造成二次污染,所以重液分離法有待進(jìn)一步研究改進(jìn).

3　含廢石膏建筑垃圾的處理及資源化

3.1作為生產(chǎn)硅酸鹽水泥和混凝土骨料的原料

硅酸鹽水泥中SO3的含量最高達(dá)2.53%[22],在適當(dāng)控制用量的前提下,可以回收廢石膏作為生產(chǎn)硅酸鹽水泥和混凝土骨料的原料.

從建筑垃圾中分離的廢石膏可代替天然石膏,用于制作普通硅酸鹽水泥.當(dāng)石膏(CaSO4·2H2O)被加熱到150 ℃時(shí)會(huì)失去3/4的水分,形成半水合物(CaSO4·0.5H2O)[23].在廢石膏中,半水合物的含量高達(dá)15.29%,而在天然石膏中其含量為1.61%,這將導(dǎo)致?lián)接袕U石膏的水泥的凝固速度快于含有天然石膏的水泥[24].摻有3%～5%廢石膏制成的水泥,其抗折和抗壓強(qiáng)度與普通水泥差別不大,其初始凝固時(shí)間和最終凝固時(shí)間要比普通水泥分別節(jié)省15.29%和13.76%,可大大縮短施工時(shí)間[25-27].

以含廢石膏的建筑垃圾生產(chǎn)的再生骨料作為建筑材料時(shí),需考慮其對(duì)建筑物和環(huán)境的影響.含有硫酸鹽的再生骨料不僅會(huì)污染地表或地下水,同時(shí)會(huì)危害到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.若以含廢石膏的建筑垃圾生產(chǎn)的再生骨料制備混凝土或路面材料,則需要測(cè)定和控制硫酸鹽的溶出量.有研究表明,當(dāng)再生骨料應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)性民用時(shí),只要再生骨料中石膏含量不超過(guò)4.4%,其對(duì)環(huán)境的影響可以忽略不計(jì)[28].

3.2作為回填材料的骨料

用含廢石膏的建筑垃圾生產(chǎn)的骨料作為回填材料時(shí),在被水淹沒(méi)的情況下,有可能產(chǎn)生H2S氣體,因此含廢石膏建筑垃圾在這方面的應(yīng)用受到了一定的限制.

回填材料生成的H2S濃度與回填材料中硫酸鹽的含量關(guān)系不大,而與其中有機(jī)物的含量密切相關(guān),有機(jī)物氧化消耗溶解氧,產(chǎn)生厭氧環(huán)境,從而影響H2S氣體的生成量.有研究表明,當(dāng)總有機(jī)碳TOC含量超過(guò)140 mg/L時(shí),回填材料生成H2S的濃度超過(guò)300 mL/m3;當(dāng)總有機(jī)碳TOC含量為30 mg/L時(shí),H2S濃度低于60 mL/m3[29-30].因此,可以通過(guò)減少回填材料中有機(jī)物的含量,大大降低H2S氣體的產(chǎn)生量.

3.3填埋處理

不能進(jìn)行資源化的建筑垃圾需要進(jìn)行填埋處理,填埋后,建筑垃圾中的廢石膏可在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生H2S氣體.監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,建筑垃圾填埋場(chǎng)的H2S濃度變化范圍非常大,土壤蒸汽中為<3.0×10-3～1.2×104mL/m3,環(huán)境空氣中為<3.0×10-3～50 mL/m3[31].

pH值為中性時(shí),有機(jī)物存在的厭氧環(huán)境有利于H2S氣體的產(chǎn)生.通過(guò)調(diào)整填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)破壞厭氧環(huán)境,減少填埋垃圾中的有機(jī)物含量都可以有效抑制H2S氣體的產(chǎn)生[32].

此外,將垃圾焚燒殘?jiān)c含廢石膏的建筑垃圾以一定的比例混合填埋,由于焚燒殘?jiān)型休^多的鐵等重金屬,由硫酸鹽還原形成的H2S與焚燒殘?jiān)械蔫F發(fā)生反應(yīng)生成難溶的硫化亞鐵,可有效減少H2S氣體的產(chǎn)生[33].實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在厭氧條件下,純建筑垃圾填埋1年后,釋放到氣相中的H2S約為801.3 mg,釋放到瀝出液中的H2S約為623.0 mg;而當(dāng)焚燒殘?jiān)c建筑垃圾按7∶3的比例混合填埋時(shí)(鐵的含量可高達(dá)12 300 g/t),釋放到氣相中的H2S約為0.02 mg,釋放到瀝出液中的H2S僅為4 mg.由此可見(jiàn),H2S的釋放被抑制了[34].

4　展　望

建筑垃圾中廢石膏的含量確定及其去除方法越來(lái)越受到重視,但多數(shù)研究仍集中在手工分類(lèi)、篩選等方法上,重液分離等先進(jìn)的自動(dòng)化分離方法將是未來(lái)的主要研究方向.另外,廢石膏資源化再利用也是未來(lái)處理建筑垃圾中廢石膏問(wèn)題的重點(diǎn)研究方向之一.目前,廢石膏生產(chǎn)建材制品主要有兩種加工方法,一種是以日本為代表的烘烤法制取β-半水石膏,另一種方法是以德國(guó)為代表的高壓釜法制取α-半水高強(qiáng)石膏.此外,用液相轉(zhuǎn)化的蒸壓釜法制取α-半水高強(qiáng)石膏以及用廢石膏同時(shí)生產(chǎn)硫酸和水泥的方法都有一定的發(fā)展前景.

5　結(jié)　語(yǔ)

建筑垃圾中的廢石膏含有大量的硫酸根離子,在厭氧環(huán)境下能夠產(chǎn)生有毒氣體H2S,對(duì)環(huán)境造成危害.通過(guò)手工分離、篩分等方法可減少建筑垃圾中廢石膏的含量,分離出的廢石膏可加工制成再生建筑材料和回填材料或進(jìn)行填埋處理.目前,人工識(shí)別和手工分離仍是最簡(jiǎn)單有效的去除建筑垃圾中廢石膏的方法,而重液分離等較為先進(jìn)的分離手段還在研究驗(yàn)證階段,自動(dòng)化智能化的去除分離方法仍有待進(jìn)一步探索.另外,為了更好地使含有廢石膏板的建筑垃圾資源化,建筑垃圾中石膏的去除技術(shù)以及再生骨料中廢石膏的最高允許及最佳含量還有待進(jìn)一步研究.

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(編輯白林雪)

Status Quo and Future Prospect of Waste Gypsum Problems inConstruction and Demolition Waste

XIONG Jinlei, WANG Luochun, WANG Junjian, ZHU Shijie

(School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University ofElectric Power, Shanghai200090, China)

The source and harm of waste gypsum in construction and demolition waste (C& DW) are described briefly,and the methods to reduce the content of gypsum in the C& DW are introduced.Then,the possibility and methods of disposal and resource utilization of C& DW with waste gypsum are described,and finally the research on the problem of waste gypsum in the C& DW is summarized and prospected.

construction and demolition waste; waste gypsum board; hydrogen sulfide gas

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.04.018

2015-09-30

簡(jiǎn)介：王羅春(1968-),男,博士,教授,湖南株洲人.主要研究方向?yàn)楣腆w廢物處理與資源化,難降解有機(jī)廢水處理及溫室氣體減排.E-mail:wangluochun@shiep.edu.cn.

TQ177.377;X799.1

A

1006-4729(2016)04-0393-04