第31卷第7期 环境科学研究 Vol 31. No.7 2018年7月 Research of Environmental Sciences July, 2018 武冬青,郭琳新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的硏究进展[J]环境科学硏究,2018,31(7:1174-181 WU Dongqing, GUO Lin. Research progress of recycling Singapore solid wastes for land reclamation[J]. Research of Environmental Sciences, 2018, 31(7) 1174-1181 新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 武冬青,郭琳 凯密林克科技集团,凯密林克科技研发中心,新加坡739462,新加坡 摘要:近年来,经济快速发展使得包括新加坡在内的许多沿海国家和地区土地需求量増多,毎年的墳海规模不断增大,传统的砂 石填料已无法满足需求.与此同时,城市固体废物也随着城市化发展而大量产生,其中以生活垃圾焚烧后残留的底渣、海洋淤泥 以及建筑工程废土数量尤为庞大.针对世界各国(如丹麦、德国、荷兰等)对固体废物的处置和循环利用以及相关环境标准进行 比较说明,并以此为基础介绍采用“化学物理复合法(CPCM)”将新加坡淤泥和垃圾焚烧底渣转化为“淤泥-底渣垃圾材料矩阵 (MC- IBA Matriⅸ)”来进行填海造地的“新生土"技术.对化学处理后的新加坡海洋淤泥和生活垃圾焚烧底渣混合物,采用室内三 维真空预压和逐级堆载两种不同物理方法来进行加固处理,然后对生成的矩阵材料进行工程测试并依照欧盟与美国的标准进行 重金属浸出试验.结果表明:生成的材料矩阵其地基允许承载力在4-6个月内可达15/m2,高于一般港口要求(8-12tm2).与 丹麦No.1662法令和LAGA德国道路工程材料质量标准比较,此材料的重金属浸出值符合其工程材料标准;与荷兰土壤质量法 令中工业土壤质量标准相比,此材料符合工业用土标准.工程及环境试验结果均表明了“新生土”作为填海材料的可行性和优越 性.从环保角度而言,“新生土”技术中潜在的重金属污染可控,又可缓解日益紧张的填埋场地;从工程角度来看,在较短时间内 产生较高地基允许承载力减少了传统高价砂石的使用,降低工程的时间和成本.因此,对土地有限的国家和地区来说,该绿色技 术可解决缺少填埋场用地和填海材料的双重难题 关键词:城 圾;淤泥;焚烧底渣;淤泥-底渣垃圾材料矩阵;化学物理复合法;“新生土”;填海造地 中图分类号:X70 文章编号:1001-6929(2018)07-117408 文献标志码:A DOIL:10.13198/i.issn.1001-6929.2018.05.06 Research Progress of Recycling Singapore Solid Wastes for Land Reclamation WU Dongqing, GUO Lin Chemilink R&D Centre, Chemilink Technologies Group, Singapore 739462, Singapore Abstract: Recently, due to fast urbanization and economic development, demand on reclaimed land is greatly increased in coastal countries and areas including Singapore. Limited resources of conventional filling materials cannot fulfil such a demand of increasing reclamation projects. Meanwhile, rapid generation of solid wastes has been another great concern, especially incineration bottom ash marine clay and construction wastes. Solid waste reutilization and relevant reuse standards in different countries, such as Denmark German, Netherlands and so on, were introduced and compared. Based on these standards, green technology (NewSoil' )which transforms the incineration bottom ash IBA)and marine clay(MC)into*MC-IBA matrix'for land reclamation using Chemica Physical Combined Method( CPCM)has been introduced. Two physical methods, vacuum preloading and surcharge were applied on chemical stabilized MC and IBA mixture for strength improvement. Engineering properties and heavy metal leaching based on European Union and American standards of the resulted MC-lBA matrix were tested. Results showed that, bearing capacity of the resulted matrix can be achieved to 15 t/m, higher than the normal seaport requirement of 8-12 t/m; compared with Denmark Statutory Order 1662 and German LAGA standards, heavy metal leaching from matrix material fulfilled the requirements for construction material. Compared with Dutch Soil Quality Decree 2007, the matrix material met industrial soil standard. Engineering and environmental tests proved the feasibility d advantage of using*NewSoil'for reclamation From environmental aspect, NewSoil'technology could control potential heavy metal leaching threat and alleviate the high stress on finding landfill space. From engineering aspect, it can achieve high allowable bearing 收稿日期:2018-03-20修订日期:2018-05-11 作者简介:武冬青(1959-),男,新加坡华人,博土,教授,主要从事土木、交通及岩土工程、材料科学与工程和固体废料的利用和管理研究, a chemilink. com 基金项目:新加坡国家环境局“环境可持续发展创新”基金项目(N. ETO/CF/3∥) Supported by Innovation for Environmental Sustainability Fund from National Environment Agency(NEA)of Singapore(No ETO/CF//1)
第 ３１ 卷 第 ７ 期 ２０１８ 年 ７ 月 环 境 科 学 研 究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｖｏｌ.３１ꎬＮｏ.７ Ｊｕｌｙꎬ２０１８ 收稿日期: ２０１８￣０３￣２０ 修订日期: ２０１８￣０５￣１１ 作者简介: 武冬青(１９５９￣)ꎬ男ꎬ新加坡华人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ主要从事土木、交通及岩土工程、材料科学与工程和固体废料的利用和管理研究ꎬ ｗｕ＠ ｃｈｅｍｉｌｉｎｋ.ｃｏｍ. 基金项目: 新加坡国家环境局“环境可持续发展创新”基金项目(Ｎｏ.ＥＴＯ∕ＣＦ∕３∕１) Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ Ｆｕｎｄ ｆｒｏｍ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ａｇｅｎｃｙ (ＮＥＡ) ｏｆ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ (Ｎｏ.ＥＴＯ∕ＣＦ∕３∕１) 武冬青ꎬ郭琳.新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展[Ｊ].环境科学研究ꎬ２０１８ꎬ３１(７):１１７４￣１１８１. ＷＵ Ｄｏｎｇｑｉｎｇꎬ ＧＵＯ Ｌｉｎ. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅｓ ｆｏｒ ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１８ꎬ３１(７): １１７４￣１１８１. 新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 武冬青ꎬ 郭 琳 凯密林克科技集团ꎬ 凯密林克科技研发中心ꎬ 新加坡 ７３９４６２ꎬ 新加坡 摘要: 近年来ꎬ经济快速发展使得包括新加坡在内的许多沿海国家和地区土地需求量增多ꎬ每年的填海规模不断增大ꎬ传统的砂 石填料已无法满足需求. 与此同时ꎬ城市固体废物也随着城市化发展而大量产生ꎬ其中以生活垃圾焚烧后残留的底渣、海洋淤泥 以及建筑工程废土数量尤为庞大. 针对世界各国(如丹麦、德国、荷兰等)对固体废物的处置和循环利用以及相关环境标准进行 比较说明ꎬ并以此为基础介绍采用“化学物理复合法(ＣＰＣＭ)”将新加坡淤泥和垃圾焚烧底渣转化为“淤泥￣底渣垃圾材料矩阵 (ＭＣ￣ＩＢＡ Ｍａｔｒｉｘ)”来进行填海造地的“新生土”技术. 对化学处理后的新加坡海洋淤泥和生活垃圾焚烧底渣混合物ꎬ采用室内三 维真空预压和逐级堆载两种不同物理方法来进行加固处理ꎬ然后对生成的矩阵材料进行工程测试并依照欧盟与美国的标准进行 重金属浸出试验. 结果表明:生成的材料矩阵其地基允许承载力在 ４~ ６ 个月内可达 １５ ｔ∕ｍ ２ ꎬ高于一般港口要求(８ ~ １２ ｔ∕ｍ ２ ). 与 丹麦 Ｎｏ.１６６２ 法令和 ＬＡＧＡ 德国道路工程材料质量标准比较ꎬ此材料的重金属浸出值符合其工程材料标准ꎻ 与荷兰土壤质量法 令中工业土壤质量标准相比ꎬ此材料符合工业用土标准. 工程及环境试验结果均表明了“新生土”作为填海材料的可行性和优越 性. 从环保角度而言ꎬ“新生土”技术中潜在的重金属污染可控ꎬ又可缓解日益紧张的填埋场地ꎻ 从工程角度来看ꎬ在较短时间内 产生较高地基允许承载力ꎬ减少了传统高价砂石的使用ꎬ降低工程的时间和成本. 因此ꎬ对土地有限的国家和地区来说ꎬ该绿色技 术可解决缺少填埋场用地和填海材料的双重难题. 关键词: 城市生活垃圾ꎻ 淤泥ꎻ 焚烧底渣ꎻ 淤泥￣底渣垃圾材料矩阵ꎻ 化学物理复合法ꎻ “新生土”ꎻ 填海造地 中图分类号: Ｘ７０５ 文章编号: １００１￣６９２９(２０１８)０７￣１１７４￣０８ 文献标志码: Ａ ＤＯＩ: １０ １３１９８∕ｊ ｉｓｓｎ １００１￣６９２９ ２０１８ ０５ ０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅｓ ｆｏｒ Ｌａｎｄ Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ＷＵ Ｄｏｎｇｑｉｎｇꎬ ＧＵＯ Ｌｉｎ Ｃｈｅｍｉｌｉｎｋ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｒｅꎬ Ｃｈｅｍｉｌｉｎｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｇｒｏｕｐꎬ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ ７３９４６２ꎬ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｒｅｃｅｎｔｌｙꎬ ｄｕｅ ｔｏ ｆａｓｔ ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔꎬ ｄｅｍａｎｄ ｏｎ ｒｅｃｌａｉｍｅｄ ｌａｎｄ ｉｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｃｏａｓｔａｌ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ａｎｄ ａｒｅａｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ. Ｌｉｍｉｔｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃａｎｎｏｔ ｆｕｌｆｉｌ ｓｕｃｈ ａ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ. Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬ ｒａｐｉｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎｏｔｈｅｒ ｇｒｅａｔ ｃｏｎｃｅｒｎꎬ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ａｓｈꎬ ｍａｒｉｎｅ ｃｌａｙ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓｔｅｓ. Ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ ｒｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｕｓｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓꎬ ｓｕｃｈ ａｓ Ｄｅｎｍａｒｋꎬ Ｇｅｒｍａｎꎬ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ ａｎｄ ｓｏ ｏｎꎬ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｓｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓꎬ ｇｒｅｅｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ (‘ ＮｅｗＳｏｉｌ’) ｗｈｉｃｈ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ ｔｈｅ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ａｓｈ ( ＩＢＡ) ａｎｄ ｍａｒｉｎｅ ｃｌａｙ ( ＭＣ) ｉｎｔｏ ‘ ＭＣ￣ＩＢＡ ｍａｔｒｉｘ’ ｆｏｒ ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ‘ Ｃｈｅｍｉｃａｌ￣ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ (ＣＰＣＭ)’ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ. Ｔｗｏ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓꎬ ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｃｈａｒｇｅ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ＭＣ ａｎｄ ＩＢＡ ｍｉｘｔｕｒｅ ｆｏｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ. Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎ ａｎｄ Ａｍｅｒｉｃａｎ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ＭＣ￣ＩＢＡ ｍａｔｒｉｘ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ. Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔꎬ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｍａｔｒｉｘ ｃａｎ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｏ １５ ｔ∕ｍ ２ ꎬ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｓｅａｐｏｒｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ８￣１２ ｔ∕ｍ ２ ꎻ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ Ｄｅｎｍａｒｋ Ｓｔａｔｕｔｏｒｙ Ｏｒｄｅｒ １６６２ ａｎｄ Ｇｅｒｍａｎ ＬＡＧＡ ｓｔａｎｄａｒｄｓꎬ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｆｒｏｍ ｍａｔｒｉｘ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｕｌｆｉｌｌｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ. Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ Ｄｕｔｃｈ Ｓｏｉｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｄｅｃｒｅｅ ２００７ꎬ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍｅｔ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｏｉｌ ｓｔａｎｄａｒｄ. Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｔｅｓｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ‘ＮｅｗＳｏｉｌ’ ｆｏｒ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ. Ｆｒｏｍ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｓｐｅｃｔꎬ ‘ＮｅｗＳｏｉｌ’ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｕｌｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｈｒｅａｔ ａｎｄ ａｌｌｅｖｉａｔｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｆｉｎｄｉｎｇ ｌａｎｄｆｉｌｌ ｓｐａｃｅ. Ｆｒｏｍ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｓｐｅｃｔꎬ ｉｔ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｂｅａｒｉｎｇ
第7期 武冬青等:新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 capacity within short time, reduce use of conventional filling materials and construction cost and time. Therefore for land-scare countries and areas, the proposed technology is an attractive method which can solve twin problems of limited landfill space and limited resource for reclamation filling materials. Keywords: municipal solid waste; marine clay ( MC); incineration bottom ash(IBA); MC-IBA matrix; Chemical-Physical Combined Method(CPCM);‘ NewSoil’; land reclamation 随着世界经济的快速发展,很多国家对沿海港口到2035年也即将填满,这成为新加坡国家环境局急 地区和工业地区等黄金地带的土地需求量升高,因而需解决的重要问题6.和飞灰相比较,底渣的再生利 填海造地的规模也在爆发式增长.新加坡作为领土有用潜能大,很多学者0都针对不同的应用领域对底 限的岛国,在20世纪50年代就已开始填海工程口,近渣进行了多方面的研究.在大部分发达国家和城市 年来填海规模已达到约为3km2/a.随着经济的持续发垃圾焚烧底渣被大力提倡进行资源再生利用,回收处 展,新加坡及其他世界各国对填海造地的需求也会不理后的底渣可用于土木工程和道路工程建设.据悉 断增加.但是由于日益提高的环保要求,传统的填海材丹麦、荷兰、法国、德国的回收使用率在2003年就已 料、沙石等的开采越来越受限制如能转化固体废物来达50%以上(见表1).新加坡在2015年开设了第 替代传统的填海填料,将是一个绿色可持续的双赢战家金属回收厂,专门回收垃圾焚烧底渣中的金属.虽 略,因此,此类硏究成为包括新加坡在内的各国政府部然处理后的底渣可减少10%的质量,但是仍有90% 门、大学和研究机构等关注的重点课题2 的底渣需进行填埋,所以资源化利用焚烧底渣是新加 固体废物及再生利用 坡研究的重点课题{.由于底渣中的重金属对环境 由于城市生活垃圾体积庞大数量繁多,目前国际具有长期的潜在危害,在对底渣进行再生利用的上述 上最有效的处理方式是采用垃圾焚烧法,将其体积减发达国家中,底渣都不可直接使用,需经严格测试后 至10%或以下,并且将焚烧过程中产生的热量转化确保其符合相关的固废再生利用标准及法规和相对 成电能焚烧过后留有残留物,其中约85%为焚烧底应行业应用标准后才能进行利用.在无相关环境 渣,约15%为飞灰底渣拥有相当含量的重金属,而测试的情况下,有些地区直接将底渣用作房屋、道路 飞灰不仅有超量的重金属,也含有大量的二英{4.等的建筑材料,这对环境具有巨大的安全隐患.新加 很多国家都将焚烧后的灰渣进行部分或全部卫生安坡另一类体积和质量均较庞大的固体废物是海洋淤 全填埋,填埋会占用大量的宝贵土地,花费高昂的经泥,城市地铁及土木工程施工产生的废土等.这些废 济和社会成本,并不符合未来绿色可持续发展的方弃物如进行再生利用一般没有严重的重金属污染隐 向.新加坡每年有超过62×104t的垃圾焚烧底渣需患(港口、航道等的淤泥除外),但其工程物理力学指 进行填埋,唯一一座垃圾填埋场——实马高填埋场,标甚差,无法直接有效使用 表1垃圾焚烧底渣在各国的再生利用及利用率 Table 1 Recycle of incineration bottom ash in developed countries 主要利用领域 利用率/% 筑工程、道路工程 644626 捷克共和国 填埋场建设 %82 荷兰 道路工程和路堤 德国 土木工程 3140000 挪威 填埋场建设 5 意大利 水泥工业 土木工程、填埋场工程 446478 西班牙 道路工程 工程材料 无(100%填埋) 新加坡 无(100%填埋) 约462000 0 注:一表示资料不明
第 ７ 期 武冬青等:新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 ｃａｐａｃｉｔｙ ｗｉｔｈｉｎ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅꎬ ｒｅｄｕｃｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｔｉｍｅ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ｆｏｒ ｌａｎｄ￣ｓｃａｒｅ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ａｎｄ ａｒｅａｓꎬ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｎ ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｔｗｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｉｍｉｔｅｄ ｌａｎｄｆｉｌｌ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｌｉｍｉｔｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅꎻ ｍａｒｉｎｅ ｃｌａｙ (ＭＣ)ꎻ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ａｓｈ ( ＩＢＡ)ꎻ ＭＣ￣ＩＢＡ ｍａｔｒｉｘꎻ Ｃｈｅｍｉｃａｌ￣Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ (ＣＰＣＭ)ꎻ ‘ＮｅｗＳｏｉｌ’ꎻ ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ 随着世界经济的快速发展ꎬ很多国家对沿海港口 地区和工业地区等黄金地带的土地需求量升高ꎬ因而 填海造地的规模也在爆发式增长. 新加坡作为领土有 限的岛国ꎬ在 ２０ 世纪 ５０ 年代就已开始填海工程[１] ꎬ近 年来填海规模已达到约为 ３ ｋｍ ２ ∕ａ. 随着经济的持续发 展ꎬ新加坡及其他世界各国对填海造地的需求也会不 断增加. 但是由于日益提高的环保要求ꎬ传统的填海材 料、沙石等的开采越来越受限制. 如能转化固体废物来 替代传统的填海填料ꎬ将是一个绿色可持续的双赢战 略ꎬ因此ꎬ此类研究成为包括新加坡在内的各国政府部 门、大学和研究机构等关注的重点课题[２￣３] . １ 固体废物及再生利用 由于城市生活垃圾体积庞大数量繁多ꎬ目前国际 上最有效的处理方式是采用垃圾焚烧法ꎬ将其体积减 至 １０％或以下ꎬ并且将焚烧过程中产生的热量转化 成电能. 焚烧过后留有残留物ꎬ其中约 ８５％为焚烧底 渣ꎬ约 １５％为飞灰. 底渣拥有相当含量的重金属ꎬ而 飞灰不仅有超量的重金属ꎬ 也含有大量的二 英[４￣５] . 很多国家都将焚烧后的灰渣进行部分或全部卫生安 全填埋ꎬ填埋会占用大量的宝贵土地ꎬ花费高昂的经 济和社会成本ꎬ并不符合未来绿色可持续发展的方 向. 新加坡每年有超过 ６２×１０ ４ ｔ 的垃圾焚烧底渣需 进行填埋ꎬ唯一一座垃圾填埋场———实马高填埋场ꎬ 到 ２０３５ 年也即将填满ꎬ这成为新加坡国家环境局急 需解决的重要问题[６] . 和飞灰相比较ꎬ底渣的再生利 用潜能大ꎬ很多学者[７￣１０]都针对不同的应用领域对底 渣进行了多方面的研究. 在大部分发达国家和城市ꎬ 垃圾焚烧底渣被大力提倡进行资源再生利用ꎬ回收处 理后的底渣可用于土木工程和道路工程建设. 据悉ꎬ 丹麦、荷兰、法国、德国的回收使用率在 ２００３ 年就已 达 ５０％以上(见表 １). 新加坡在 ２０１５ 年开设了第一 家金属回收厂ꎬ专门回收垃圾焚烧底渣中的金属. 虽 然处理后的底渣可减少 １０％的质量ꎬ但是仍有 ９０％ 的底渣需进行填埋ꎬ所以资源化利用焚烧底渣是新加 坡研究的重点课题[１１] . 由于底渣中的重金属对环境 具有长期的潜在危害ꎬ在对底渣进行再生利用的上述 发达国家中ꎬ底渣都不可直接使用ꎬ需经严格测试后 确保其符合相关的固废再生利用标准及法规和相对 应行业应用标准后才能进行利用[１２] . 在无相关环境 测试的情况下ꎬ有些地区直接将底渣用作房屋、道路 等的建筑材料ꎬ这对环境具有巨大的安全隐患. 新加 坡另一类体积和质量均较庞大的固体废物是海洋淤 泥ꎬ城市地铁及土木工程施工产生的废土等. 这些废 弃物如进行再生利用一般没有严重的重金属污染隐 患(港口、航道等的淤泥除外)ꎬ但其工程物理力学指 标甚差ꎬ无法直接有效使用[１３] . 表 １ 垃圾焚烧底渣在各国的再生利用及利用率 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｃｙｃｌｅ ｏｆ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ａｓｈ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ 国家 主要利用领域 产量∕ｔ(２００３ 年) 利用率∕％ 丹麦 建筑工程、道路工程 ６４４ ６２６ ９８ 捷克共和国 填埋场建设 １１８ ３５９ ８９ 法国 道路工程 ２ ９９５ ０００ ７２ 荷兰 道路工程和路堤 １ ２００ ０００ ６７ 德国 土木工程 ３ １４０ ０００ ６５ 挪威 填埋场建设 — ５２ 意大利 水泥工业 ６４１ ５３３ １７ 瑞典 土木工程、填埋场工程 ４４６ ４７８ １０ 西班牙 道路工程 — — 比利时 工程材料 — — 瑞士 无(１００％填埋) ６４０ ０００ ０ 新加坡 无(１００％填埋) 约 ４６２ ０００ ０ 注:—表示资料不明. １１７５
l176 不境科学研究 第31卷 2固废环境标准 3类,基本都应用于道路、马路、堤坝、地基等的工程 固废再生利用的相关环境法规和标准依据每个建设.德国规定符合LAGA标准的焚烧底渣可做为 国家的固废种类、地理环境、行业政策等而定,法律法道路工程材料没有进行更详细的分类,而其测试方 规的实施需保证环境安全,也需考虑再生技术应用的法也采用类似EN12457的测试方法.荷兰对固废的 经济效益,因此各国的法规和标准都不尽相同.固废再生利用遵循其土壤质量法令,有详尽的分类和复杂 领域的环境标准大致有两类,一类可归为危险物鉴别的测试方法,其使用NEN7345/7347扩散测试进行 标准,一类可归为固废再生利用标准.表2列举了欧64d的长期浸出试验来模拟100a的重金属浸出量 盟及其他各国(如荷兰、丹麦、德国、新加坡等)垃圾来和各标准比较.美国与新加坡的危险物鉴别测试 焚烧底渣填埋和再生利用有关的固废环境标准(1.方法相同,均采用TCLP测试,标准中各重金属的浸 欧盟的垃圾填埋指令把固体废物分为惰性废物、无害出限值也基本相同.美国对底渣的再利用有限,多为 废物、可在无害废物填埋场填埋的危险废物和需在危填埋,而新加坡没有对底渣进行再生利用,与飞灰 险废物填埋场填埋的危险废物4类.欧盟国家大多起全部填埋.在开设金属回收场之后,底渣中的重金 采用该标准或在此基础上根据本国国情进行改良.属先进行有效回收,再与飞灰一起混合填埋.据悉, 如丹麦,其以地下水为主要供水,所以在欧盟标准基新加坡环境部正与各研究机构合作,致力于制订底渣 础上采用了更严格的N.252法令作为危险物鉴别标再生利用的环境标准和法规,提倡对底渣进行再生利 准荷兰、丹麦、德国都是在国际固废管理领域里领用以缓解日渐紧张的填埋压力由于现有的底渣与 先的国家,其中荷兰的固废管理系统和相关环保规范飞灰为混合填埋,所以如果将来新加坡政府想对已填 更被世界各国所推崇和借鉴.这3个国家都有各自埋的底渣进行再生利用将会是一个巨大的挑战.后 的固废再生利用标准,垃圾焚烧底渣的使用也在其标文介绍的“新生土”材料,会与较为严格的丹麦、荷 准管理下.丹麦No.1662法令根据EN12457测试方兰、德国的固废再生利用标准相比较来探讨其应用可 法,按重金属浸出量的不同把可循环利用的固废分为行性 表2各国(地区)与垃圾焚烧底渣、飞灰有关的环境标准 Table 2 Relevant environmental standards in different countries (regions) 国家/地区 标准名称 标准类型 测试方法 欧盟 欧盟垃圾填埋指令( EU Landfill Directive) 危险物鉴别标准 EN12457 荷 土壤质量法令( Soil Quality Decree) 固废再生利用标准 NEN7345/7347 N.252法令( Statutory Order No.252) 危险物鉴别标准 EN12457 丹麦 No.1662法令( Statutory Order No.1662) 固废再生利用标准 EN12457 鉴别及填埋场标准 危险物鉴别标准 TCLP Test Method 1311 LAGA道路工程材料质量标准1994 固废再生利用标准 DEV S4 新加坡 垃圾填埋场入场标准 危险物鉴别标准 TCLP Test Method 1311 3转化自固体废物的“新生土”技术 化学成分为SO2、Al2O3、Fe2O3和CaO,在固化剂的作 将上述的生活垃圾焚烧底渣与海河湖底的淤用下会发生火山灰反应生成硅酸钙水合物(CSH) 泥以及建筑工程废土等组合在一起,添加化学复合固因此矩阵材料的强度会逐步提高.为节省大量 化剂形成垃圾材料矩阵,再进一步结合化学物理复合的空间、时间和成本,生成“新生土”的过程全部放在 法,将这些混合物转化为一种新型的建筑材料用于诸便于运输和填海的区域,基本不占用岸上陆地,即在 如填海造地等基建工程,称为“新生土技术 吹填这些材料到填海区域的过程中进行材料拌合,而 针对填海造地特定课题,笔者所在课题组开发了后将这些拌匀的材料混合物抛入预定的填海区,在 个典型的工程模式,即“海洋淤泥-底渣垃圾材料矩材料向海底下沉过程中会形成材料矩阵.当矩阵材 阵”,该矩阵主要包括60%~70%的淤泥,20%~25%料沉淀稳定后,在三维排水系统配合下,对填海范 的底渣或其他废物材料以及3%~5%的化学复合添围内的矩阵材料采用常规物理方法如真空预压法 加剂.新加坡的海洋淤泥和生活垃圾焚烧底渣的主要逐级堆载法或二者兼施进行加固,利用外力挤出材
环 境 科 学 研 究 第 ３１ 卷 ２ 固废环境标准 固废再生利用的相关环境法规和标准依据每个 国家的固废种类、地理环境、行业政策等而定ꎬ法律法 规的实施需保证环境安全ꎬ也需考虑再生技术应用的 经济效益ꎬ因此各国的法规和标准都不尽相同. 固废 领域的环境标准大致有两类ꎬ一类可归为危险物鉴别 标准ꎬ一类可归为固废再生利用标准. 表 ２ 列举了欧 盟及其他各国(如荷兰、丹麦、德国、新加坡等) 垃圾 焚烧底渣填埋和再生利用有关的固废环境标准[１４] . 欧盟的垃圾填埋指令把固体废物分为惰性废物、无害 废物、可在无害废物填埋场填埋的危险废物和需在危 险废物填埋场填埋的危险废物 ４ 类. 欧盟国家大多 采用该标准或在此基础上根据本国国情进行改良. 如丹麦ꎬ其以地下水为主要供水ꎬ所以在欧盟标准基 础上采用了更严格的 Ｎｏ.２５２ 法令作为危险物鉴别标 准. 荷兰、丹麦、德国都是在国际固废管理领域里领 先的国家ꎬ其中荷兰的固废管理系统和相关环保规范 更被世界各国所推崇和借鉴. 这 ３ 个国家都有各自 的固废再生利用标准ꎬ垃圾焚烧底渣的使用也在其标 准管理下. 丹麦 Ｎｏ.１６６２ 法令根据 ＥＮ １２４５７ 测试方 法ꎬ按重金属浸出量的不同把可循环利用的固废分为 ３ 类ꎬ基本都应用于道路、马路、堤坝、地基等的工程 建设. 德国规定符合 ＬＡＧＡ 标准的焚烧底渣可做为 道路工程材料ꎬ没有进行更详细的分类ꎬ而其测试方 法也采用类似 ＥＮ １２４５７ 的测试方法. 荷兰对固废的 再生利用遵循其土壤质量法令ꎬ有详尽的分类和复杂 的测试方法ꎬ其使用 ＮＥＮ ７３４５∕７３４７ 扩散测试进行 ６４ ｄ 的长期浸出试验来模拟 １００ ａ 的重金属浸出量 来和各标准比较. 美国与新加坡的危险物鉴别测试 方法相同ꎬ均采用 ＴＣＬＰ 测试ꎬ标准中各重金属的浸 出限值也基本相同. 美国对底渣的再利用有限ꎬ多为 填埋ꎬ而新加坡没有对底渣进行再生利用ꎬ与飞灰一 起全部填埋. 在开设金属回收场之后ꎬ底渣中的重金 属先进行有效回收ꎬ再与飞灰一起混合填埋. 据悉ꎬ 新加坡环境部正与各研究机构合作ꎬ致力于制订底渣 再生利用的环境标准和法规ꎬ提倡对底渣进行再生利 用以缓解日渐紧张的填埋压力. 由于现有的底渣与 飞灰为混合填埋ꎬ所以如果将来新加坡政府想对已填 埋的底渣进行再生利用将会是一个巨大的挑战. 后 文介绍的“新生土” 材料ꎬ会与较为严格的丹麦、荷 兰、德国的固废再生利用标准相比较来探讨其应用可 行性. 表 ２ 各国(地区)与垃圾焚烧底渣、飞灰有关的环境标准 Ｔａｂｌｅ ２ Ｒｅｌｅｖａｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ (ｒｅｇｉｏｎｓ) 国家∕地区 标准名称 标准类型 测试方法 欧盟 欧盟垃圾填埋指令(ＥＵ Ｌａｎｄｆｉｌｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ) 危险物鉴别标准 ＥＮ １２４５７ 荷兰 土壤质量法令(Ｓｏｉｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｄｅｃｒｅｅ) 固废再生利用标准 ＮＥＮ ７３４５∕７３４７ 丹麦 Ｎｏ.２５２ 法令(Ｓｔａｔｕｔｏｒｙ Ｏｒｄｅｒ Ｎｏ.２５２) 危险物鉴别标准 ＥＮ １２４５７ Ｎｏ.１６６２ 法令(Ｓｔａｔｕｔｏｒｙ Ｏｒｄｅｒ Ｎｏ.１６６２) 固废再生利用标准 ＥＮ １２４５７ 美国 固废鉴别及填埋场标准 危险物鉴别标准 ＴＣＬＰ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ １３１１ 德国 ＬＡＧＡ 道路工程材料质量标准 １９９４ 固废再生利用标准 ＤＥＶ Ｓ４ 新加坡 垃圾填埋场入场标准 危险物鉴别标准 ＴＣＬＰ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ １３１１ ３ 转化自固体废物的“新生土”技术 将上述的生活垃圾焚烧底渣与海∕河∕湖底的淤 泥以及建筑工程废土等组合在一起ꎬ添加化学复合固 化剂形成垃圾材料矩阵ꎬ再进一步结合化学物理复合 法ꎬ将这些混合物转化为一种新型的建筑材料用于诸 如填海造地等基建工程ꎬ称为“新生土技术”. 针对填海造地特定课题ꎬ笔者所在课题组开发了 一个典型的工程模式ꎬ即“海洋淤泥￣底渣垃圾材料矩 阵”ꎬ该矩阵主要包括 ６０％ ~ ７０％的淤泥ꎬ２０％ ~ ２５％ 的底渣或其他废物材料以及 ３％ ~ ５％的化学复合添 加剂. 新加坡的海洋淤泥和生活垃圾焚烧底渣的主要 化学成分为 ＳｉＯ２ 、Ａｌ ２Ｏ３ 、Ｆｅ２Ｏ３ 和 ＣａＯꎬ在固化剂的作 用下会发生火山灰反应生成硅酸钙水合物(Ｃ￣Ｓ￣Ｈ)ꎬ 因此矩阵材料的强度会逐步提高[１５￣１７] . 为节省大量 的空间、时间和成本ꎬ生成“新生土”的过程全部放在 便于运输和填海的区域ꎬ基本不占用岸上陆地ꎬ即在 吹填这些材料到填海区域的过程中进行材料拌合ꎬ而 后将这些拌匀的材料混合物抛入预定的填海区ꎬ在 材料向海底下沉过程中会形成材料矩阵. 当矩阵材 料沉淀稳定后ꎬ在三维排水系统配合下ꎬ对填海范 围内的矩阵材料采用常规物理方法如真空预压法、 逐级堆载法或二者兼施进行加固ꎬ利用外力挤出材 １１７６
第7期 武冬青等:新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 l177 料颗粒间的海水,加强颗粒间的化学反应,逐渐将4材料与方法 矩阵材料转化形成高强度的“新生土”.通过对该矩 该试验所采用的原材料包括新加坡海洋淤泥 阵的材料配比,添加剂的剂量和物理外力等进行合TUAS垃圾焚烧场生活垃圾焚烧底渣以及凯科SS-300 理的设计,可以在相对短的时间内获得拥有不同技系列固化剂为模拟实际填海工程中海洋淤泥的状 术指标的“新生土”,进而可形成不同地基允许承载况,先将海水加入淤泥调匀,成淤泥浆,使得淤泥浆 力的新土地 的含水率为干淤泥的2倍液限(含水率约为158%), 从污染控制角度来看,在淤泥底渣垃圾材料矩然后称质量为淤泥干质量的30%的垃圾焚烧底渣和 阵中,随着固化反应的发生,淤泥对底渣颗粒的包裹3%的固化剂,加入淤泥浆中进行充分搅拌,搅匀后的 作用在不断增加,具有一定的“胶囊”作用,可以有效材料采用真空预压法和逐级堆载法进行加固处理 地阻止底渣颗粒内部的重金属外溢. (见图1) 气水分离器 真空泵 注:1—砂垫层; 塑料排水板;4—淤泥/淤 控制阀;6—真空压力控制阀 管;9一—刻度尺 (a)物理真空预压法示意 b)物理逐级堆载法示意 图1物理真空预压和逐级堆载法示意 Fig. I Illustration diagram of vacuum p 采用落锥贯入仪对固结后的材料样品进行力学料的64d重金属累积浸出量低于其NEN7371测试 性能评估.同时,依照欧盟NEN7371、CEN/S14429、下的最大重金属浸出量,表明矩阵材料中的重金属在 EN12457、NEN7347及美国TCLP等重金属浸出试实际应用中短时间内不会全部浸出.但在64d内持 验,对材料样品进行筛分处理并测试.采用ICP-OES续溢出也表明了重金属的溢出是一个长期的过程,因 测定浸出液中的重金属Cd、Ag、As、Cr、Cu、Pb、Zn、此其对环境的潜在危害不容忽视.新加坡纯底渣根 Ni、Se、Mn、Ba、Fe的含量并与各国际标准比较. 据TCIP和EN12457测试并与欧盟各标准比较,显 5试验结果与分析讨论 示其不属于危险废物,但也不满足各再生利用标准, 在环境科学方面,对纯底渣和淤泥底渣矩阵材不可直接利用,可直接填埋或经预处理后再考虑利 料进行了一系列的理化特性表征测试,主要包用新加坡淤泥-底渣矩阵材料因自重向海底沉降直 括NEN7371浸出性测试( availability test)t2、至稳定的过程中,虽偶尔发现有个别重金属元素稍微 CEN/TS14429pH浸出影响测试( pH dependent超标的现象,但在物理外力加压直至形成有一定强度 leaching test)(2)、TCLP毒性测试2)、N12457浸出的“新生土”后,所有常见的十几种重金属元素均满 测试(以及NEN7347扩散测试等3.试验结果足丹麦No.1662法令、LAGA德国道路工程材料质量 表明,pH是影响淤泥底渣矩阵材料中重金属浸出的标准和荷兰土壤质量法令中工业土壤质量标准等 一个重要因素,大部分重金属的浸出量都随pH的减(见表34) 小而增大,pH为7.0~11.5时重金属浸出量相对较 在土木和岩土工程方面,对真空预压法和逐级堆 小、淤泥底渣矩阵材料的pH约为1l3,在重金属浸载法处理的矩阵材料进行各项包括抗剪强度在内的 出量较小的pH范围内,且该材料对p的缓冲容量工程测试结果显示,在只施加真空预压的条件下 ( buffering capacity)较高,表明环境pH的变化对其影由“新生土”建成的填海土地的地基允许承载力可以 响将会较低.NEN7347扩散测试结果显示,矩阵材在4~6个月内超过15t/m2(抗剪强度60kPa),如配
第 ７ 期 武冬青等:新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 料颗粒间的海水ꎬ加强颗粒间的化学反应ꎬ逐渐将 矩阵材料转化形成高强度的“新生土” . 通过对该矩 阵的材料配比ꎬ添加剂的剂量和物理外力等进行合 理的设计ꎬ可以在相对短的时间内获得拥有不同技 术指标的“新生土” ꎬ进而可形成不同地基允许承载 力的新土地. 从污染控制角度来看ꎬ在淤泥￣底渣垃圾材料矩 阵中ꎬ随着固化反应的发生ꎬ淤泥对底渣颗粒的包裹 作用在不断增加ꎬ具有一定的“胶囊”作用ꎬ可以有效 地阻止底渣颗粒内部的重金属外溢. ４ 材料与方法 该试验所采用的原材料包括新加坡海洋淤泥、 ＴＵＡＳ 垃圾焚烧场生活垃圾焚烧底渣以及凯科 ＳＳ￣３００ 系列固化剂. 为模拟实际填海工程中海洋淤泥的状 况ꎬ先将海水加入淤泥调匀ꎬ成淤泥浆ꎬ 使得淤泥浆 的含水率为干淤泥的 ２ 倍液限(含水率约为 １５８％)ꎬ 然后称质量为淤泥干质量的 ３０％的垃圾焚烧底渣和 ３％的固化剂ꎬ加入淤泥浆中进行充分搅拌ꎬ搅匀后的 材料采用真空预压法和逐级堆载法进行加固处理 (见图 １). 图 １ 物理真空预压和逐级堆载法示意 Ｆｉｇ.１ Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｃｈａｒｇｅ 采用落锥贯入仪对固结后的材料样品进行力学 性能评估. 同时ꎬ依照欧盟 ＮＥＮ ７３７１、ＣＥＮ∕ＴＳ １４４２９、 ＥＮ １２４５７、ＮＥＮ ７３４７ 及美国 ＴＣＬＰ 等重金属浸出试 验ꎬ对材料样品进行筛分处理并测试. 采用 ＩＣＰ￣ＯＥＳ 测定浸出液中的重金属 Ｃｄ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、 Ｎｉ、Ｓｅ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｆｅ 的含量并与各国际标准比较. ５ 试验结果与分析讨论 在环境科学方面ꎬ对纯底渣和淤泥￣底渣矩阵材 料进行了一系列的理化特性表征测试[１８￣２０] ꎬ主要包 括 ＮＥＮ ７３７１ 浸 出 性 测 试 ( ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ) [２１] 、 ＣＥＮ∕ＴＳ １４４２９ ｐＨ 浸 出 影 响 测 试 ( ｐＨ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｓｔ) [２２] 、ＴＣＬＰ 毒性测试[２３] 、ＥＮ １２４５７ 浸出 测试[２４￣２５]以及 ＮＥＮ ７３４７ 扩散测试等[２６] . 试验结果 表明ꎬｐＨ 是影响淤泥￣底渣矩阵材料中重金属浸出的 一个重要因素ꎬ大部分重金属的浸出量都随 ｐＨ 的减 小而增大ꎬｐＨ 为 ７ ０ ~ １１ ５ 时重金属浸出量相对较 小. 淤泥￣底渣矩阵材料的 ｐＨ 约为 １１ ３ꎬ在重金属浸 出量较小的 ｐＨ 范围内ꎬ且该材料对 ｐＨ 的缓冲容量 (ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ)较高ꎬ表明环境 ｐＨ 的变化对其影 响将会较低. ＮＥＮ ７３４７ 扩散测试结果显示ꎬ 矩阵材 料的 ６４ ｄ 重金属累积浸出量低于其 ＮＥＮ ７３７１ 测试 下的最大重金属浸出量ꎬ表明矩阵材料中的重金属在 实际应用中短时间内不会全部浸出. 但在 ６４ ｄ 内持 续溢出也表明了重金属的溢出是一个长期的过程ꎬ因 此其对环境的潜在危害不容忽视. 新加坡纯底渣根 据 ＴＣＬＰ 和 ＥＮ １２４５７ 测试并与欧盟各标准比较ꎬ显 示其不属于危险废物ꎬ但也不满足各再生利用标准ꎬ 不可直接利用ꎬ可直接填埋或经预处理后再考虑利 用. 新加坡淤泥￣底渣矩阵材料因自重向海底沉降直 至稳定的过程中ꎬ虽偶尔发现有个别重金属元素稍微 超标的现象ꎬ但在物理外力加压直至形成有一定强度 的“新生土”后ꎬ所有常见的十几种重金属元素均满 足丹麦 Ｎｏ.１６６２ 法令、ＬＡＧＡ 德国道路工程材料质量 标准和荷兰土壤质量法令中工业土壤质量标准等 (见表 ３、４). 在土木和岩土工程方面ꎬ对真空预压法和逐级堆 载法处理的矩阵材料进行各项包括抗剪强度在内的 工程测试. 结果显示ꎬ在只施加真空预压的条件下ꎬ 由“新生土”建成的填海土地的地基允许承载力可以 在 ４~６ 个月内超过 １５ ｔ∕ｍ ２ (抗剪强度 ６０ ｋＰａ)ꎬ如配 １１７７
1178 环境科学研究 第31卷 表3根据EN12457浸出测试的淤泥-底渣矩阵材料的重金属浸出量与 丹麦No.1662法令和LAGA德国道路工程材料质量标准比较 Table 3 Comparison of heavy metal leaching of MC-IBA Matrix material based on EN 12457 with Denmark Statutory Order 1662 and German LAGA standard mg/kg 丹麦No.1662法令 MC-IBA Matrix LAGA德国道路工程 MC-IBA Matrix 重金属 淤泥-底渣矩阵材料 材料质量标准 淤泥底渣矩阵材料 0.2 Fe 注:一表示不做要求.L为液固比 表4淤泥-底渣矩阵材料的重金属含量与荷兰土壤 质量法令中工业土壤质量标准(2007年)比较 Table 4 Comparison of MC.IBA Matrix heavy metal content with Dutch Soil quality Decree 2007 重金属业土壤质量标准新加坡 MC-IBA M 荷兰土壤质量法令中 淤泥底渣 (2007年) 矩阵材料 44.8 3200 716.4 时间/月 134.3 ◆ CPMI:纯淤泥矩阵材料真空预压法) 10522.4 CPMI:淤泥-底渣矩阵材料真空预压法 ▲CPM:纯淤泥矩阵材料(逐级堆载法) 合少量的堆载,效果会更好(见图2).而采用传统常 图2淤泥-底渣/纯淤泥矩阵材料 规的沙石填海的地基的允许承载力一般只能达到 岩土工程测试结果 3~5t/m2,这些常规方法建成的基础还需用其他的工 Fig2 Geotechnical testing results of MC-IBA Matrix/MC Matrix materials 程方法(如加大堆载、强夯、打桩等)做进一步的后续 工程处理,其成本会是“新生土”的数倍以上,且非常耗时(可能是数年)和耗工.“新生土”则无需后续工
环 境 科 学 研 究 第 ３１ 卷 表 ３ 根据 ＥＮ １２４５７ 浸出测试的淤泥￣底渣矩阵材料的重金属浸出量与 丹麦 Ｎｏ.１６６２ 法令和 ＬＡＧＡ 德国道路工程材料质量标准比较 Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ＭＣ￣ＩＢＡ Ｍａｔｒｉｘ ｍａｔｅｒｉａｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＮ １２４５７ ｗｉｔｈ Ｄｅｎｍａｒｋ Ｓｔａｔｕｔｏｒｙ Ｏｒｄｅｒ １６６２ ａｎｄ Ｇｅｒｍａｎ ＬＡＧＡ ｓｔａｎｄａｒｄ ｍｇ∕ｋｇ 重金属 丹麦 Ｎｏ.１６６２ 法令 (类别 ３) (Ｌ∕Ｓ ＝ ２) ＭＣ￣ＩＢＡ Ｍａｔｒｉｘ 淤泥￣底渣矩阵材料 (Ｌ∕Ｓ ＝ ２) ＬＡＧＡ 德国道路工程 材料质量标准 (Ｌ∕Ｓ ＝ １０) ＭＣ￣ＩＢＡ Ｍａｔｒｉｘ 淤泥￣底渣矩阵材料 (Ｌ∕Ｓ ＝ １０) Ｃｄ ０ ０８ ０ ００ ０ ０５ ０ ０２ Ａｇ — ０ ０２ — ０ １５ Ａｓ ０ １ ０ ０７ — <０ ０８ Ｃｒ １ ０ ０１ ０ ２ ０ １０ Ｃｕ ４ ０ ２７ ３ ０ ６９ Ｐｂ ０ ２ ０ ０５ ０ ５ <０ ０４ Ｚｎ ３ ０ １８ ３ ２ １９ Ｎｉ ０ １４ ０ ０３ ０ ４ <０ ００８ Ｓｅ ０ ０６ ０ ０５ — ０ ２４ Ｍｎ — ０ ０４ — ０ ０７ Ｂａ ８ １ ３７ — ４ ７５ Ｆｅ — １ ２１ — １ ３９ 注: —表示不做要求. Ｌ∕Ｓ 为液固比. 表 ４ 淤泥￣底渣矩阵材料的重金属含量与荷兰土壤 质量法令中工业土壤质量标准(２００７ 年)比较 Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＭＣ￣ＩＢＡ Ｍａｔｒｉｘ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｄｕｔｃｈ Ｓｏｉｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｄｅｃｒｅｅ ２００７ ｍｇ∕ｋｇ 重金属 荷兰土壤质量法令中 工业土壤质量标准 (２００７ 年) 新加坡 底渣 ＭＣ￣ＩＢＡ Ｍａｔｒｉｘ 淤泥￣底渣 矩阵材料 Ｃｄ ４ ３ <１０ <２ ２ Ａｇ — <１０ <２ ２ Ａｓ ７６ ４０ ９ Ｃｒ １８０ ２００ ４４ ８ Ｃｕ １９０ ８００ １７９ １ Ｐｂ ５３０ ３００ ６７ ２ Ｚｎ ７２０ ３ ２００ ７１６ ４ Ｎｉ ９５ ９０ ２０ ２ Ｓｅ — <１０ <２ ２ Ｍｎ — ７００ １５６ ７ Ｂａ ９２０ ６００ １３４ ３ Ｆｅ — ４７ ０００ １０ ５２２ ４ 合少量的堆载ꎬ效果会更好(见图 ２). 而采用传统常 规的沙石填海的地基的允许承载力一般只能达到 ３~５ ｔ∕ｍ ２ ꎬ这些常规方法建成的基础还需用其他的工 程方法(如加大堆载、强夯、打桩等)做进一步的后续 工程处理ꎬ其成本会是“新生土”的数倍以上ꎬ且非常 图 ２ 淤泥￣底渣∕纯淤泥矩阵材料 岩土工程测试结果 Ｆｉｇ.２ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＭＣ￣ＩＢＡ Ｍａｔｒｉｘ∕ＭＣ Ｍａｔｒｉｘ ｍａｔｅｒｉａｌｓ 耗时(可能是数年)和耗工. “新生土”则无需后续工 １１７８