基于高炉矿渣与粉煤灰的地聚物固化垃圾渗滤液浓缩物的耐久性与浸出行为研究

针对垃圾渗滤液浓缩物（LLC）处理难题，研究人员通过对比高钙高炉矿渣（BGP）与低钙粉煤灰（FGP）制备的单组分地聚物与普通硅酸盐水泥（OPC）的固化效果，开展63天半动态浸出实验。结果表明，地聚物虽早期强度较低，但长期强度持续增长；BGP对无机盐（Cl-、SO42-）和有机物的固化效率与OPC相当，而FGP凭借类沸石结构对NH3-N的固定更优。研究为高盐有机废水资源化提供了关键技术支撑。

　　

随着城市化进程加速，垃圾填埋场渗滤液处理成为环境领域重大挑战。膜生物反应器（MBR）与纳滤（NF）组合工艺虽能有效浓缩污染物，但产生的垃圾渗滤液浓缩物（LLC）含有更高浓度的腐殖酸、无机盐、氨氮和重金属，处理难度倍增。传统固化技术依赖普通硅酸盐水泥（OPC），但其生产伴随高能耗与碳排放，且固化体长期稳定性存疑。地聚物作为新型无机胶凝材料，因其独特的硅铝酸盐网络结构和双重固化机制（物理包裹与化学键合），被视为绿色替代方案。然而，固化体在复杂环境下的污染物浸出行为与耐久性仍是制约其工程应用的关键瓶颈。

为系统评估地聚物固化LLC的长期性能，中国某高校研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表最新成果。研究采用63天半动态浸出实验，对比高钙体系高炉矿渣地聚物（BGP）与低钙体系粉煤灰地聚物（FGP）的污染物控释机制，并建立扩散动力学模型。关键技术包括：X射线荧光光谱（XRF）分析原料组分，X射线衍射（XRD）表征物相结构，以及基于美国EPA方法1315的半动态浸出实验（模拟酸性降水环境）。

强度与结构差异
BGP和FGP均表现出持续180天的强度增长（BGP-LLCs达21.6 MPa，FGP-LLCs达63.9 MPa），而OPC-LLCs在28天后强度停滞。扫描电镜显示BGP形成交错排列的钙硅铝水合物（C-A-S-H）凝胶，FGP则生成多孔类沸石结构的钠硅铝水合物（N-A-S-H），这种微观结构差异直接影响污染物滞留能力。

无机盐与有机物固化
BGP对Cl^-和SO₄^2-的累积释放量（4.2-6.8 mg/cm²）与OPC相当，优于FGP（9.3-12.1 mg/cm²）。腐殖酸因与C-A-S-H的羧基配位作用，在BGP中扩散系数（D_obs）低至2.1×10^-14 m²/s，表明其层状结构更利于物理阻隔。

氨氮控释机制
FGP凭借N-A-S-H的阳离子交换特性，NH₃-N释放量（1.5 mg/cm²）仅为BGP的1/3，且呈现"先扩散后表面洗脱"的双阶段特征。OPC因缺乏活性位点，氨氮主要通过孔隙扩散释放。

重金属迁移行为
尽管地聚物原料引入的Cu、Zn总浸出量较高，但其D_obs（10^-12-10^-11 m²/s）与OPC处于同一数量级。BGP中重金属通过化学键合进入C-A-S-H层间，而FGP依赖分子筛效应实现尺寸排阻。

该研究首次揭示地聚物固化LLC的多机制协同控释规律：BGP依靠致密层状结构主导溶解-扩散过程，FGP通过分子筛效应实现扩散-表面洗脱双屏障。相较于OPC的单一扩散机制，地聚物在氨氮固定和长期强度发展方面更具优势，为"零排放"技术提供了兼具环境安全性与资源化潜力的解决方案。研究建立的扩散动力学模型可为固化体在酸雨等极端环境下的服役寿命预测提供理论依据，推动垃圾渗滤液处理从"无害化"向"增值化"跨越。