垃圾焚燒飛灰資源化過程中無機氯鹽的去除研究

張曙光

摘 要：垃圾焚燒飛灰富含重金屬、二噁英和氯鹽，其中重金屬解毒、二噁英降解等工藝已經成熟，影響資源化利用的關鍵因素在于氯離子的去除。本文采用燒結、水洗、燒結后水洗以及水洗后燒結等工藝對垃圾焚燒飛灰進行預處理。結果顯示，燒結后水洗、水洗后燒結預處理工藝均可使的飛灰滿足建材GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》對氯離子的規定。同時，燒結后水洗更加節約水資源，且可減少過程中廢水的處理量，因而更具優勢。

關鍵詞：垃圾焚燒飛灰； 氯離子； 燒結； 水洗

引言

隨著垃圾焚燒電廠的迅速增加，垃圾焚燒飛灰的安全處理處置問題亟待解決。垃圾焚燒飛灰富含重金屬、二噁英和氯鹽，目前國內外廣泛采用穩定固化預處理和填埋處置。但填埋場庫容有限，不能長期消納迅猛增長的垃圾焚燒飛灰，同時許多企業難以承受高昂的飛灰處理處置費用。因此，為節約土地資源并降低飛灰處理處置成本，很多國家和地區積極探索飛灰資源化利用的途徑。國內外對飛灰資源化的研究主要致力于作建筑原材料方面，其典型代表是水泥和陶粒。日本已經實現飛灰燒制水泥和陶粒的工業化，中國也進行了探索和研究。污染物重金屬和二噁英可通過高溫處理實現無害化，目前主要存在的問題在于國內飛灰中含有大量的氯離子，這對飛灰高溫處理過程和飛灰產品后續使用產生較大影響。

1.研究現狀

國內外去除飛灰中氯離子的主要方法有水洗和燒結。北京大學的李曉東以去離子水作為洗脫劑，實驗結果表明：水灰比是影響氯離子洗脫效果的最主要因素，在液固比為4時，水洗過程中約有93%的氯離子被洗脫而進入水相，并且水洗飛灰經燒結后其中的Pb、Cd、Ni的浸出濃度明顯降低，800℃下燒結水洗飛灰可以使其中的重金屬穩定化，浸出濃度均低于相應的標準限值[1]。凌永生等人發現水洗比應控制在5：1到10：1左右，而CO2通氣量是飛灰水洗上清液中重金屬去除過程的主要影響因素，通氣量在1.4～1.5左右可以有效降低上清液pH值及重金屬濃度[2]。朱芬芬等人利用X射線衍射分析無機氯鹽的行為，發現主要的氯鹽主要有NaCl、KCl和CaCl2，通過兩次水洗、水固比3：1后1000℃燒結1h的預處理工藝能更高效更節能地去除飛灰中的氯化物，氯的減少率在94%以上[3]。鄭源格等人實驗表明通過水洗預處理可穩定有效去除飛灰中質量分數為90%以上的氯離子，消除了焚燒飛灰中氯質量分數過高對水泥窯的損害[4]。于昕等人對水洗-酸浸穩定化處理垃圾焚燒飛灰的效果進行了研究，液固比為20時，水洗過程可以浸出60%以上的氯，47%以上的Na、K、Ca，18%以上的Pb[5]。羅智宇等人研究表明，液固比為3時可以除去飛灰中85% 以上的總氯；提高液固比還可提高氯的去除量。飛灰中的殘氯在高溫下大量揮發，剩余的氯穩定在0.9%～1.7%[6]。鄒廬泉等人發現常溫水洗，水洗比例1：8，水洗次數2次，攪拌時間10min，沉淀時間10min。水洗預處理可以有效除去飛灰中氯離子和可溶的重金屬，實現了飛灰重金屬的溶出無害化[7]。

以上研究為國內垃圾焚燒飛灰脫氯奠定了基礎，為使飛灰產品進一步滿足準GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定氯離子含量≤0.02%的要求，本文擬采用水洗和燒結兩種方式對飛灰聯合處理，實現飛灰的深度脫氯。

2.實驗方法

2.1材料

實驗中所用1號和2號飛灰分別取自天津某垃圾焚燒發電廠和江蘇垃圾焚燒發電廠，均在布袋除塵系統灰斗出口處收集，取樣日期分別為2013.09.29和2013.09.17。所取飛灰呈灰白色粉末，可通過100目篩，105℃烘干2h后測定含水率分別為1.98%和2.12%。

2.2實驗方法

2.2.1燒結方法

飛灰燒結溫度一般處于800℃～1200℃之間，先將馬弗爐升到指定溫度800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃，然后稱取天津飛灰10g，精確稱量到0.01g，倒入100ml陶瓷坩堝中，燒結至恒重，以兩次稱量差值<0.02g為恒重，恒重后用坩堝鉗夾出坩堝，蓋上坩堝蓋，放在干燥器中冷卻至室溫，轉移到樣品袋中密封保存。飛灰若板結在坩堝中，需取出后研磨過篩至直徑1mm以下粉末，再裝袋封存。

2.2.2水洗方法

室溫下用固液比為1：3的去離子水水洗，攪拌15min，靜置10min后用布氏漏斗和2層定性濾紙抽濾，抽濾后棄去水洗液，水洗后飛灰放入烘箱105℃烘干至恒重，裝袋封存。

2.3氯離子檢測方法

采用GB/T 14684-2011《建設用砂》標準方法：稱取約0.5g試樣置于250ml錐形瓶中，加入50ml蒸餾水，放置2h后，每隔5min搖動1次共三次，使氯鹽充分溶解，抽濾使濾液澄清，向清液中加入1ml鉻酸鉀指示劑，用0.05mol/L和0.005mol/L標準硝酸銀溶液滴定至呈現磚紅色。

3.結果與分析

3.1天津飛灰“燒結”、“水洗+燒結”實驗

從表1中可以看出，天津飛灰直接燒結后，氯離子含量隨溫度升高迅速降低，這是由于金屬氯化物的熔點和沸點相對較低，溫度越高揮發越快。當溫度達到1200℃時燒結至恒重，此時飛灰中氯離子含量為0.415%，可見在燒結溫度范圍內直接燒結無法達到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求。

室溫下經固液比1：3水洗后，飛灰中的氯離子可降低至3.21%。在此基礎上進行高溫燒結，結果顯示隨著燒結溫度的升高，氯離子降低效果顯著。當溫度升至1200℃時燒結至恒重，此時飛灰中氯離子達到0.019%，完全滿足建材化利用的標準GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求。

3.2江蘇飛灰“燒結后水洗”、“水洗后燒結”實驗

此次試驗專門設計了燒結和水洗順序對氯離子的影響。結果表明，條件相同的情況下，燒結后水洗比水洗后燒結的處理順序效果要好。800℃、1000℃、1200℃三個溫度下燒結后水洗都比水洗后燒結的氯離子質量分數低，1200℃燒結至恒重后水洗可使氯離子降低到0.011%。燒結后水洗、水洗后燒結兩種方式均可以使飛灰滿足建材化利用的標準GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求，且燒結后水洗效果更加明顯。

由于燒結過程飛灰中的氯離子大量揮發，使得燒結殘渣中的氯離子含量降低約35%左右，若達到和水洗后燒結同樣的效果，該過程可節約用水30%左右。由此可見，燒結后水洗這一預處理工藝在飛灰資源化方面具有顯著的優勢，一方面可以節約洗過過程的水資源，另一方面減少了過程中廢水的處理量。

4.結論

①單獨水洗或單獨燒結均不能使垃圾焚燒飛灰中的氯離子含量達到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求，兩種處理方式聯合操作則可滿足標準要求；

②燒結后水洗、水洗后燒結采用不同的組合順序，結果顯示，達到同樣的效果采用燒結后水洗可節約用水30%左右，因此燒結后水洗工藝組合優勢更加明顯。

參考文獻

[1] 李小東、劉陽生.飛灰水洗脫氯及其燒結穩定化的試驗研究[J].北京大學學報，2007.43 （6）：752-758

[2] 凌永生、金宜英、聶永豐.焚燒飛灰水泥窯煅燒資源化水洗預處理實驗研究[J].環境保護科學，2012，38 （4）：1-5

[3] 朱芬芬、高岡昌輝、大下和徹.焚燒飛灰預處理工藝及其無機氯鹽的行為研究[J].環境科學，2013，34 （6）：2473-2478

[4] 鄭元格、沈東升.固體廢物焚燒飛灰水泥窯協同處置的試驗研究[J].浙江大學學報，2011.38 （5）：562-569

[5] 于昕、薛軍.垃圾焚燒飛灰水洗-酸浸穩定化技術研究[J].中國礦業，2011.20 （2）：118-123

[6] 羅智宇、張云月.垃圾焚燒飛灰水洗去氯的實驗研究[J].環境衛生工程，2008.16 （3）：16-22

[7] 鄒廬泉、李娜、洪瑞金.濕法預處理對垃圾焚燒飛灰中氯離子及重金屬的去除研究[J].安徽農業科學，2010.31 （38）：17627-17659

3.2江蘇飛灰“燒結后水洗”、“水洗后燒結”實驗

此次試驗專門設計了燒結和水洗順序對氯離子的影響。結果表明，條件相同的情況下，燒結后水洗比水洗后燒結的處理順序效果要好。800℃、1000℃、1200℃三個溫度下燒結后水洗都比水洗后燒結的氯離子質量分數低，1200℃燒結至恒重后水洗可使氯離子降低到0.011%。燒結后水洗、水洗后燒結兩種方式均可以使飛灰滿足建材化利用的標準GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求，且燒結后水洗效果更加明顯。

由于燒結過程飛灰中的氯離子大量揮發，使得燒結殘渣中的氯離子含量降低約35%左右，若達到和水洗后燒結同樣的效果，該過程可節約用水30%左右。由此可見，燒結后水洗這一預處理工藝在飛灰資源化方面具有顯著的優勢，一方面可以節約洗過過程的水資源，另一方面減少了過程中廢水的處理量。

4.結論

①單獨水洗或單獨燒結均不能使垃圾焚燒飛灰中的氯離子含量達到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求，兩種處理方式聯合操作則可滿足標準要求；

②燒結后水洗、水洗后燒結采用不同的組合順序，結果顯示，達到同樣的效果采用燒結后水洗可節約用水30%左右，因此燒結后水洗工藝組合優勢更加明顯。

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3.2江蘇飛灰“燒結后水洗”、“水洗后燒結”實驗

此次試驗專門設計了燒結和水洗順序對氯離子的影響。結果表明，條件相同的情況下，燒結后水洗比水洗后燒結的處理順序效果要好。800℃、1000℃、1200℃三個溫度下燒結后水洗都比水洗后燒結的氯離子質量分數低，1200℃燒結至恒重后水洗可使氯離子降低到0.011%。燒結后水洗、水洗后燒結兩種方式均可以使飛灰滿足建材化利用的標準GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求，且燒結后水洗效果更加明顯。

由于燒結過程飛灰中的氯離子大量揮發，使得燒結殘渣中的氯離子含量降低約35%左右，若達到和水洗后燒結同樣的效果，該過程可節約用水30%左右。由此可見，燒結后水洗這一預處理工藝在飛灰資源化方面具有顯著的優勢，一方面可以節約洗過過程的水資源，另一方面減少了過程中廢水的處理量。

4.結論

①單獨水洗或單獨燒結均不能使垃圾焚燒飛灰中的氯離子含量達到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規定要求，兩種處理方式聯合操作則可滿足標準要求；

②燒結后水洗、水洗后燒結采用不同的組合順序，結果顯示，達到同樣的效果采用燒結后水洗可節約用水30%左右，因此燒結后水洗工藝組合優勢更加明顯。

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