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在教育科研领域，实验室废物（LW）处理难题亟待解决。研究人员针对实验室废物焚烧系统产生的危险残渣，开展将其转化为压缩混凝土铺路砖（CCPU）的研究。结果表明 CCPU 物理强度达标且不会造成污染，为危险残渣处理开辟新路径。
在教育和科研的广袤天地里，实验室就像一个个充满智慧火花的小宇宙，不断产出新知识、新成果。但在这背后，却隐藏着一个令人头疼的问题 —— 实验室废物（LW）。这些废物来源广泛，化学和医学实验室的实验过程中都会产生，而且成分复杂多样。
传统的处理方式，要么难以应对其复杂特性，要么成本高昂，还容易带来二次污染风险。比如，实验室产生的可燃医疗废物和塑料容器，经过焚烧后会产生飞灰、底灰和污泥等残渣；液体 LW 根据性质不同被分类处理，可在处理过程中同样会产生各种残渣。这些残渣如果处理不当，其中含有的有害物质，像重金属、二噁英等，就会悄悄 “溜” 进环境中，给土壤、水源和空气带来威胁，进而影响人们的健康。所以，如何妥善处理这些危险残渣，成为了环保领域的一道棘手难题。
为了攻克这一难题，国立成功大学的可持续环境研究中心（SERC）的研究人员勇挑重担。他们开展了一项极具创新性的研究，旨在将实验室废物焚烧系统产生的危险残渣，如飞灰、硅胶、底灰和污泥等，转化为压缩混凝土铺路砖（CCPU）。这一研究成果发表在《Sustainable Environment Research》上，为解决实验室废物处理难题带来了新的曙光。
研究人员在研究过程中，运用了多种关键技术方法。首先是水洗法，将原始飞灰（RFA）与去离子水按 1:5 的质量比混合搅拌、过滤，去除其中的 Cl-，经过两次水洗得到二次水洗飞灰（SWFA）。接着，采用响应面法（RSM），借助 Design Expert 8.0.6 软件设计不同的混合配方，探究各种材料混合比例对熔化过程的影响。最后，利用 X 射线衍射（XRD）分析、扫描电子显微镜（SEM）观察等技术手段，对熔渣和 CCPU 的成分、结构进行深入研究。
1. 飞灰水洗过程中的金属迁移
研究人员发现，RFA 中主要元素有 Na（133 g/kg）和 Cl-（112 g/kg） 。经过两次水洗，FWFA 和 SWFA 的剩余质量百分比分别降至 81% 和 72%。大部分元素含量显著降低，其中 Na 和 Cl-减少最为明显，分别从 133 g/kg 和 112 g/kg 降至 4.2 g/kg 和 8.5 g/kg。同时，通过 XRD 分析和 SEM 观察发现，水洗过程有效去除了飞灰中的 NaCl 晶体，使飞灰表面结构发生改变。
2. 熔化效果评估
在研究不同混合配方对熔化过程的影响时，研究人员发现，增加 SWFA 含量、降低硅胶含量会使未熔化材料比例最高达到 1.8%，而增加硅胶比例则能减少未熔化材料。同时，SWFA 和硅胶添加比例的增加会使质量减少百分比上升。综合分析得出，当硅胶占总样品的 60%，SWFA 占被包裹相（SWFA、底灰和污泥）的 10% 时，熔化效果最佳。此外，研究还发现，除了 Cd、Pb、Zn 和 Cl-，大多数元素在熔化后倾向于留在熔渣中。
3. 熔渣转化为 CCPU
研究人员选取熔化效果最佳的 S - 3 作为 CCPU 的原料。实验结果显示，CCPU - 1 和 CCPU - 2 的抗压强度在养护期内逐渐增加，在第 21 天和 28 天达到 CNS 13295 A 级 CCPU 标准。同时，CCPU 中有害金属的浸出率极低，地壳金属的浸出质量分数小于 1%，且具有约 2 mol/kg 的酸中和能力，表明金属被有效包裹在 CCPU 中，不会造成二次环境污染。
4. 熔渣和 CCPU 的晶体特征与表面结构
通过 SEM 观察发现，S - 5 表面有许多细粉和多孔结构，这是由于 SWFA 添加过多，Cl 含量高，阻碍了玻璃化；而 S - 3 呈现玻璃态和无定形结构，S - 7 结构与 S - 3 相似但有细粉颗粒。XRD 分析表明，S - 3、S - 5 和 S - 7 的主要结晶相为 SiO2，但 S - 5 中 SiO2含量较低，导致其玻璃态基质形成不佳，未熔化材料增加。
这项研究成功地将实验室废物处理厂的危险残渣转化为具有实用价值的压缩混凝土铺路砖。研究成果不仅为实验室废物处理提供了一种创新的、可持续的解决方案，有效减少了危险残渣对环境的潜在危害，还实现了资源的再利用，降低了建筑材料生产对天然资源的依赖。同时，研究中确定的最佳混合配方和工艺参数，为大规模工业应用提供了重要的理论依据和实践指导，有望推动相关环保产业的发展，在环保领域具有重要的应用价值和广泛的推广前景。
