生活垃圾焚燒飛灰處理技術進展

葉 紅，張曉佳，張保存，張新功，趙 潔

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近年來，因生活垃圾焚燒處理技術具有速度快，占地面積少，減量化和無害化效果顯著的優點，垃圾焚燒產業爆發式增長，但隨之產生了新問題——垃圾焚燒飛灰的處理。垃圾焚燒飛灰是一種高比表面積物質，成分含有煙道灰、加入的化學藥劑及化學反應產物等，是垃圾焚燒裝置的煙氣凈化系統中收集的殘余物，主要包括除塵器飛灰和吸收塔飛灰。垃圾中所含的重金屬及在焚燒過程中產生的二噁英類物質在焚燒過程中會遷移和轉化至飛灰中，因此，垃圾飛灰中富集了大量的鉛、鎘和汞等有毒重金屬及二噁英類致癌物質。垃圾焚燒飛灰屬于危險廢物，危險廢物編號HW18。垃圾飛灰的處理問題已經成為制約、阻礙生活垃圾處理行業的瓶頸。

1 垃圾焚燒飛灰處理技術

1.1 水泥固化-填埋

目前，水泥固化技術是國際上最常用的危險廢物固化技術，是在水泥的水化反應過程中，利用物理化學反應將飛灰中的重金屬固化于生成的水化硅酸鹽中，得到氫氧化物或絡合物等形態的相對穩定物質。

學者們[1]探討了利用水泥固化和藥劑穩定化相結合的方式來處理垃圾焚燒飛灰的效果，研究結果表明，如果單獨采用硅酸鹽水泥固化處理垃圾焚燒飛灰，水泥摻量不少于35%；但若藥劑穩定化與水泥固化協同使用，水泥摻量可下降至15%左右，飛灰固化體即可達到填埋標準。靳美娟[2]用硫鋁酸鹽水泥對垃圾焚燒飛灰進行固化實驗發現，飛灰摻量為40%時，固化體中重金屬浸出濃度隨浸提劑pH值降低而增大，但當pH值大于5時，重金屬浸出實驗未測出含量。進行XRD檢測發現，飛灰中可溶性鹽在水泥水化反應的過程中固化，重金屬Cr以CrO42-的形式固化于鈣礬石中。賀杏華等探討其固化機理發現，重金屬物質主要是通過物理包膠、替換、沉淀或吸附機制固化于水泥水化產物結構中[3]。為探索如何加強飛灰中重金屬的穩定效果，宋旭艷等[4]采用水、磷酸分別對其進行預處理，與水處理相比，采用磷酸處理后飛灰的凝結時間略短，重金屬穩定性可進一步提高。用預處理后的飛灰進行水泥固化實驗，體系的性能包括凈漿抗壓強度、無側限抗壓強度均隨著水泥摻量的增加而增大。水泥固化-填埋是目前我國主要的飛灰處置方式，該技術成熟、簡單、易于操作，處理成本費用較低，但隨著環保壓力的加大，飛灰產量的增加，填埋場地壓力劇增，加之重金屬的長期穩定性也較差，填埋場使用壽命有限。

1.2 熔融處理技術

飛灰熔融處理技術在發達國家發展迅速，其利用高溫來實現飛灰中二噁英類有機污染物的降解和重金屬的有效固化。根據溫度不同，一般可分為燒結法和熔融/玻璃化兩種。燒結法利用1000～1100℃的溫度將飛灰燒制成致密堅硬的燒結體，在燒結過程中飛灰中氣孔排除后，顆粒黏結。熔融法一般是利用專用燃料爐使溫度達到在1400℃左右，高溫下飛灰先熔融，后冷卻轉變為熔渣，后續作為建材綜合利用。

在自行設計的旋風爐實驗臺上，王學濤等[5]對焚燒飛灰進行玻璃化熔融實驗，系統研究了焚燒飛灰熔融前后微觀形貌、灰渣中重金屬特性和浸出特性，實驗結果表明熔融后的玻璃態熔渣重金屬浸出率低于美國EPA的標準限值。高飛等[6]采用具有二路進氣雙陽極特殊結構的熱等離子體噴槍對飛灰進行熔融處理，得到的熔渣的微觀結構緊密光滑且無空隙，Cd、Cr、Ni、Pb浸出實驗表明，該方法很好的固定了重金屬，浸出濃度已無法檢出，該熱等離子技術是一種處理垃圾焚燒飛灰的有效手段。趙俊東等[7]提出了一種僅以煤為燃料，不需要消耗燃油、天然氣等優質能源的低溫固定床燒結處理工藝，并對此燒結爐在鼓風速度、風口數量、風口直徑、爐料粒徑條件下爐內冷態的氣流特性進行了數值模擬。

1.3 飛灰水泥窯共處置技術

飛灰水泥窯共處置技術是一種焚燒飛灰資源化處理的常見技術。這種技術利用飛灰中的鹽分，將其制作成水泥，減輕了危險廢物安全填埋場的環保壓力的同時，還能實現一定程度的盈利，具有經濟效益。北京市琉璃河水泥有限公司首次實現了飛灰水洗預處理與水泥窯共處置技術相結合的工業化生產，建成了國內首條中試生產線，生產實踐證明這些技術可靠、環保、安全、無二次污染，產業化前景十分樂觀[8-9]。蘆澍[10]對水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰處置技術中水洗預處理工藝及后續污水處理工藝進行了研究發現，水洗單元采用逆流二次漂洗對氯離子去除效果明顯優于其他水洗方式，并節約用水量50%，在液固比為3∶1進行洗灰時，對氯離子的去除率能到達90%以上，進一步增大液固比氯離子去除率沒有顯著提高，在后續污水處理單元中，通過中和、混凝、沉淀、過濾工藝，可以有效的去除重金屬、鈣離子含量，滿足后續脫鹽結晶單元要求。飛灰在進行水泥窯共處置時可產生大量的CO2，因此白晶晶等[11]較為系統地研究了CO2對水洗液中重金屬離子尤其是Pb和Zn的共沉淀效應，結果表明CO2沉淀處理在最佳工藝條件(CO2濃度為10%(φ)、通入時間為80 s、流速為2 mL/min以及體系反應溫度為40～50℃)下，Pb和Zn的殘留率分別降至3%和0.1%以下。

2 展望

垃圾焚燒發電行業在我國的快速發展，促進了垃圾焚燒技術的日趨成熟。焚燒飛灰的不斷增加與環境保護之間的矛盾不斷加劇，飛灰的資源化利用成了一個亟待解決的問題，更將成為今后飛灰處理的必然要求和趨勢。目前，有一些技術已經成功進行商業應用，適用性強、穩定性高、處理成本低及資源化利用將成為未來飛灰處理技術的發展方向。