تثبیت و جامدسازی خاکستر حاصل از سوخت زباله با استفاده از سیمان پرتلند و دوده سیلیس

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکدة مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر و رئیس مرکز تحقیقات تکنولوژی و دوام بتن

2 دانشکدة مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشکدة مهندسی عمران و محیط زیست و رئیس دفتر توسعه پایدار دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

تثبیت و جامدسازی فرآیندی است که مواد زائد با همبندکننده­هایی مانند سیمان پرتلند، پزولان، آهکو ژئوپلیمر ترکیب شده و بدین طریق مواد زائد تثبیت و محبوس می­گردند. میزان انعطاف­پذیریِ زیاد برایِ ترکیباتِ مختلفِ آلاینده­ها، سهولت کاربرد و اقتصادی بودن برایِ حجم­های زیاد پسماند، باعث شده است که هم­اکنون محققان برای تصفیه پسماندهای مختلفی از این روش استفاده کنند. در این تحقیق، خاکستر حاصل از سوخت زباله یکی از واحدهای پتروشیمی به عنوان پسماند جهت انجام فرآیند تثبیت و جامدسازی انتخاب و از سیمان پرتلند، به همراه دوده سیلیس به عنوان همبنده­کننده استفاده شده است. در قسمت اول این تحقیق، مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاکستر تعیین و میزان نشت آلاینده­ها با استفاده از آزمایش TCLP (تراوش آلودگی) تعیین شد و سپس خاکستر با نسبت 15%، 30%، 45% و 60% جایگزین ماسه ریزدانه شده و با درصدهای مختلف دوده سیلیس ترکیب شده است. سپس مقاومت فشاری و آزمایش TCLP (تراوش آلودگی) بر روی نمونه­های جامدسازی شده، صورت گرفته است. به علاوه، جهت مطالعه ریزساختار خمیر سیمان حاوی خاکستر نیز از آزمایش­های طیف­سنجی تفرق اشعه ایکس (XRD) بهره گرفته شده است. نتایج تحقیق حاکی از تثبیت مؤثر خاکستر با استفاده از دوده­سیلیس داشته­اند. به علاوه نتایج آزمایش مقاومت فشاری و ارزیابی زیست­محیطی نشان می­دهند، استفاده از این خاکستر به عنوان جایگزین ماسه ریزدانه به عنوان پرکننده در جداول، بستر پارکینگ­ها و بتن­های غیرسازه­ای می­تواند مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Stabilization and Solidification of Incinerator Bottom Ash using Portland Cement and Silica Fume

نویسندگان [English]

  • Ali Akbar Ramezanianpour 1
  • Morteza Nikravan 2
  • Reza Maknoon 2
  • Navid Nasher Ahkami 3
1 Faculty of Civil and Environmental Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology
2 Faculty of Civil and Environmental Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology
3 Faculty of Civil and Environmental Engineering Faculty, Amirkabir University of Technology

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stabilization and solidification
  • Incinerator bottom ash
  • Cement
  • silica fume
  • TCLP
]1[     ابراهیمی، م.، شم­آبادی، ن.، "بررسی وضعیت و انواع پسماندهای ویژه در استان قم"، چهارمین همایش ملی مدیریت پسماند، سازمان حفاظت محیط زیست، مشهد، ایران، 1387.
]2[     عبدلی، م.، جلیلی­قاضی­زاده، م.، سمیعی­فرد، ر.، "مدیریت پسماند خطرناک"، انتشارات دانشگاه تهران، ایران، 1389، چاپ اول، ص 87-67.
[3]        Means, J. L., Smith, L. A., Nehring, K. W., Brauning, S. E., Gavaskar, A. R., Sass, B. M., Wiles, C. C., Mashni, C. I., "The Application of Solidification/Stabilization to Waste Materials", Lewis Publishers, Boca Raton, FL, US,1995, Vol. I, pp 133-161.
[4]        Spence, R., Shi, C., "Stabilization and Solidification of Hazardous, Radioactive, and Mixed Wastes", CRC Press, Boca Raton, FL, US, 2004, Vol I, pp 211-235.
[5]        Cullinane, M. J., Jones, L. W., Malone, P. G., "Handbook for Stabilization/ Solidification of Hazardous Waste", First Report, Prepared for USEPA; Hazardous Waste Engineering Research Laboratory, Cincinnati, Ohio, US, 1986.
[6]        Batchelor, B., "Overview of Waste Stabilization with Cement", Waste Management, 2006, 26 (7), 689-698.
[7]        La Grega, M. D., Buckingham, F. L., Evans, J. C., "Hazardous Waste Management", 2nd Edition, McGraw-Hill Inc., 2001, Vol II, pp 45-57.
[8]        Zhou, Q., Milestone, N. B., Hayes, M., "An Alternative to Portland Cement for Waste Encapsulation The Calcium Sulfoaluminate Cement System", Journal of Hazardous Materials, 2006, 136 (1), 120-129.
[9]        Karamalidis, A. K., Voudrias, E. A., "Leaching and Immobilization Behavior of Zn and Cr from Cement-Based Stabilization/ Solidification of Ash Produced from Incineration of Refinery Oily Sludge", Environmental Engineering Science, 2009, 26 (1), 81-96
[10]     Zhang, M., Reardon, E. J., "Removal of B, Cr, Mo, and Se from Wastewater by Incorporation into Hydrocalumite and Ettringite", Environmental Science and Technology, 2003, 37 (13), 2947-2952.
]11[   رمضانیانپور، ع .ا.، پیدایش، م.، "شناخت بتن (مصالح، خواص، تکنولوژی)"، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی­تکنیک تهران)، ایران، 1389، چاپ اول، ص 101-140.
[12]     Asavapisit, S., Nanthamontry, W., Polprasert, C., "Influence of Condensed Silica Fume on the Properties of Cement-Based Solidified Wastes", Cement and Concrete Research, 2001, 31 (8), 1147-1152.
[13]     Coz, A. A., Soriano, J. R., Viguri, M. C. Ruiz, J. A., "Influence of Commercial and Residual Sorbents and Silicates as Additives on the Stabilisation/Solidification of Organic and Inorganic Industrial Waste", Journal of Hazardous Materials, 2009, 164 (2-3), 755-761.
[14]     Manual of Practice FD-3, "Industrial Wastewater Management, Treatment, and Disposal", Prepared by Industrial Wastewater Management, Treatment, and Disposal Task Force of the Water Environment Federation, Alexandria, Virginia, US, 2008.
[15]     Abduli, M. A., Nasrabadi, T., Hoveidi, H., Razmkhah, N., "Solid waste management in Tabriz Petrochemical Complex", Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering, 2006, 3 (3), 185-192
[16]     Bhattacharyya, J. K., Shekdar, A. V., "Treatment and Disposal of Refinery Sludges: Indian Scenario", Waste Management & Research, 2003, 21 (3), 249-261.
[17]     Al-Futaisi, A., Jamrah, A., Yaghi, B., Taha, R., "Assessment of Alternative Management Techniques of Tank Bottom Petroleum sludge in Oman", Journal of Hazardous Materials, 2007, 141 (3), 557-564.
[18]     Shi, H. S., Kan, L. L., "Leaching Behavior of Heavy Metals from Municipal Solid Wastes Incineration (MSWI) Fly Ash used in Concrete", Journal of Hazardous Materials, 2009, 164 (2-3), 750-754.
[19]     Park, J. S., Park, Y. J., Heo, J., "Solidification and Recycling of Incinerator Bottom Ash through the Addition of Colloidal Silica (SiO2) Solution", Waste Management, 2007,  27 (9), 1207-1212.
[20]     Aubert, J. E., Husson, B., Vaquier, A., "Use of Municipal Solid Waste Incineration Fly ash in Concrete", Cement and Concrete Research, 2004, 34 (6), 957-963.
[21]     Ferraris, M., Salvo, M., Ventrella, A., Buzzi, L., Veglia, M., "Use of Vitrified MSWI Bottom Ashes for Concrete Production", Waste Management, 2009, 29 (3), 1041-1047.
[22]     Heidarzadeh, N., Gitipour, S., Abdoli, M. A, "Characterization of Oily Sludge from a Tehran Oil Refinery", Waste Management & Research, 2010, 28 (10), 921-927.
[23]     ASTM (American Society for Testing and Materials), "Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens)", ASTM C109, ASTM Publications, US, 2002.
[24]     Mijno, V., Catalan, L., J., Martin, F., Bollinger, J. C., "Compositional Changes in Cement-Stabilized Waste During Leach Tests Comparison of SEM/EDX Data with Predictions from Geochemical Speciation Modeling", Journal of Colloid and Interface Science, 2004, 280 (2), 465-477.
[25]     Malviya, R., Chaudhary, R., "Factors Affecting Hazardous Waste Solidification/ Stabilization: A Review", Journal of Hazardous Materials, 2006, 137 (1), 267-276.
[26]     EPA Method 1311, "Toxicity Characteristic Leaching Procedure Test Method for Evaluation of Solid Wastes, Physical and Chemical Methods", SW846, Prepared by Environmental Protection Agancy, US, 2003.
[27]     Fernandez Pereira, C., Luna Galiano, Y., Rodriguez-Pinero, M. A., Vale Parapar, J., "Long and Short-Term Performance of a Stabilized/Solidified Electric arc Furnace Dust", Journal of Hazardous Materials, 2007, 148 (3), 701-707.
[28]     Galiano, Y. L., Pereira, C. F., Vale, J., "Stabilization/Solidification of a Municipal Solid Waste Incineration Residue using Fly Ash-Based Geopolymers", Journal of Hazardous Materials, 2011, 185 (1), 373-381.
[29]     Ettler, V., Mihaljevic, M., Sebek, O., Strnad, L., "Leaching of APC Residues from Secondary Pb Metallurgy using Single Extraction Tests: the Mineralogical and the Geochemical Approach", Journal of Metals, Materials and Minerals, 2005, 121 (1-3), 149-57.
[30]     Huan-Lin, L., Wei-Che, C., Deng-Fong, L., "The Effects of Different Types of Nano-Silicon Dioxide Additives on the Properties of Sludge Ash Mortar", Journal of the Air & Waste Management Association, 2009, 59 (4), 440-446.
[31]     Lu, H. C., Chang, J. E., Shih, P. H., Chiang, L.C., "Stabilization of Copper Sludge by High-Temperature CuFe2O4 Synthesis Process", Journal of Hazardous Materials, 2008, 150 (3), 504-509.
[32]     Chen, J. S., Chu, P. Y., Chang, J. E., Lu, H. C., Wu, Z. H., Lin, K. Y., "Engineering and Environmental Characterization of Municipal Solid Waste Bottom Ash as an Aggregate Substitute Utilized for Asphalt Concrete", Journal of Materials in Civil Engineering, 2008, 20 (6), 432-439.
]33[   شاپوری، و.، "تثبیت و جامدسازی مواد زائد خطرناک (فلزات سنگین) با استفاده از مصالح ساختمانی"، پایان­نامة کارشناسی­ارشد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران، 1385.
[34]     Aranda, C., "Leaching Test Comparison for Solidified and Stabilized Contaminated Sediments : Assessment of Selected Inorganic Contaminants", MSc Thesis, University of Oslo, Oslo, Norway, 2008.
[35]     Karamalidis, A. K., Psycharis, V., Nicolis, I., Pavlidou, E., Benazeth, S., Voudrias, E. A., "Characterization of Stabilized/Solidified Refinery Oily Sludge and Incinerated Refinery Sludge with Cement using XRD, SEM and EXAFS", Journal of Environmental Science and Health, Part A, 2010, 43 (10), 1144-1156.
[36]     Lampris, C., Stegemann, J. A., Pellizon-Birelli, M., Fowler, G. D., Cheeseman, C. R., "Leaching from Monolithic Stabilised/ Solidified Air Pollution Control Residues", Journal of Hazardous Materials, 2011, 185 (2-3), 1115-1123.
]37[   اولادنیا، س.، "تثبیت و جامدسازی وانادیم- نیکل- روی- کرم- در زائدات تصفیه­خانه فاضلاب صنعتی نیروگاه­ها توسط همبندکننده­های غیر آلی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران، 1386.
]38[   پوربیک، پ.، "دوام بتن­های ساخته شده از خاکستر پوسته برنج در برابر حمله سولفاتی و کربناتاسیون"، پایان­نامه کارشناسی­ارشد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران، 1388.