垃圾焚燒飛灰利用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)研究

邢立軍

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100032）

焚燒處理屬于固體廢棄物處理中經(jīng)常使用的技術(shù)類型。垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰中含有重金屬無(wú)機(jī)物和二噁英等有毒的有機(jī)物，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。從現(xiàn)有的飛灰處理技術(shù)應(yīng)用情況來(lái)看，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)表現(xiàn)出不少優(yōu)勢(shì)特征，不僅可以將飛灰作為水泥的替代材料，還可以對(duì)焚燒飛灰中的二噁英做出合理分解，將重金屬熔融固化，減少有害物質(zhì)的不利影響，并且不會(huì)產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題，在環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和資源化方面都具有重要的表現(xiàn)，符合國(guó)家節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展理念。

1 垃圾焚燒飛灰的概述

1.1 焚燒飛灰的特點(diǎn)

1.1.1 產(chǎn)生量較大

機(jī)械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐是我國(guó)當(dāng)前階段實(shí)施城市生活垃圾焚燒處理的主要方式。以機(jī)械爐排焚燒爐為例，此種爐型所產(chǎn)生的飛灰量整體處于較少水平，含量占據(jù)到爐中廢物總量的3%左右； 而流化床焚燒爐所產(chǎn)生的飛灰量較大，可以占據(jù)到爐中廢物總量的12%左右。焚燒飛灰如果處理不當(dāng)，容易對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

1.1.2 成分較為復(fù)雜

在對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行焚燒時(shí)，所產(chǎn)生的飛灰中，含有二噁英和重金屬等有害的物質(zhì)，同時(shí)也含有Ca、Si、Al、Fe等元素的氧化物，還有C、S、P等元素，這些元素的含量會(huì)因季節(jié)的差異、焚燒條件的不同以及煙氣凈化水平的不同而表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性，容易給飛灰的處理造成一定的困難。

2 水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰的技術(shù)工藝

水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰，需要與水洗技術(shù)結(jié)合在一起，以此種方式合理化處理后，降低氯元素對(duì)水泥窯的不利用影響，并保證水泥窯的正常生產(chǎn)。焚燒飛灰的原料組成與水泥生料具有一定的相似性，在水泥窯協(xié)同處置中，將焚燒飛灰加入到水泥熟料的煅燒當(dāng)中，代替水泥的原料來(lái)參與到生產(chǎn)當(dāng)中，可以在有效處置焚燒飛灰的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)水泥的正常生產(chǎn)，是資源循環(huán)利用的重要表現(xiàn)，具有非常強(qiáng)的環(huán)保意義。該項(xiàng)技術(shù)屬當(dāng)前解決固體廢棄物焚燒飛灰的最優(yōu)選擇，在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可靠性等方面都顯示出了巨大優(yōu)勢(shì)，是值得優(yōu)化和推廣的廢棄物處置方式。

2.1 焚燒飛灰的水洗系統(tǒng)

在開(kāi)展焚燒飛灰水洗處理工作時(shí)，需要使用專用運(yùn)輸車對(duì)焚燒飛灰進(jìn)行運(yùn)輸，將其輸送到管道中，使其進(jìn)入到飛灰儲(chǔ)倉(cāng)當(dāng)中。當(dāng)焚燒飛灰進(jìn)入儲(chǔ)倉(cāng)之后，在經(jīng)過(guò)一定的計(jì)量后進(jìn)入到攪拌罐當(dāng)中，然后與已經(jīng)計(jì)量好的水混合在一起，經(jīng)過(guò)洗滌處理之后形成料漿，再經(jīng)由固液分離設(shè)備進(jìn)入到烘干機(jī)當(dāng)中實(shí)施烘干處理。經(jīng)過(guò)烘干處理的焚燒飛灰需代替部分水泥原料進(jìn)入到水泥窯當(dāng)中，剩余的濾液需為后續(xù)的漂洗處理提供介質(zhì)。

焚燒飛灰水洗采用逆流三級(jí)漂洗技術(shù)，先使用低氯廢水對(duì)高氯飛灰進(jìn)行一定的漂洗，讓原灰和二級(jí)中氯廢水進(jìn)入制漿池當(dāng)中，以特定的水灰比為依據(jù)，經(jīng)過(guò)攪拌混合之后形成水灰漿，再經(jīng)一級(jí)固液分離之后，讓飛灰水的濾渣進(jìn)入到二級(jí)制漿的過(guò)程當(dāng)中，讓高氯廢水進(jìn)入到水處理的系統(tǒng)當(dāng)中； 在開(kāi)展二級(jí)制漿的過(guò)程當(dāng)，要對(duì)以特定的水灰比來(lái)讓三級(jí)低氯廢水經(jīng)由攪拌器，實(shí)施對(duì)焚燒飛灰的漂洗處理，再經(jīng)過(guò)二級(jí)固液分離之后，水洗的濾渣就會(huì)進(jìn)入到三級(jí)制漿的過(guò)程當(dāng)中，并將中氯廢水用于原灰制漿的過(guò)程當(dāng)中； 三級(jí)制漿中所使用的蒸餾水需要按照特定水灰比經(jīng)由攪拌混合之后，對(duì)焚燒飛灰實(shí)施漂洗工作，再經(jīng)過(guò)三級(jí)固液分離之后，低氯廢水用于二級(jí)制漿，最后的脫氯飛灰進(jìn)入到水泥窯中進(jìn)行協(xié)同處置。

水洗過(guò)程中的洗滌次數(shù)和用水量需要以焚燒飛灰中的氯的含量作為主要依據(jù)，當(dāng)含氯量處在1%以內(nèi)時(shí)，需要對(duì)相關(guān)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，依據(jù)水泥窯系統(tǒng)協(xié)同入窯具體依據(jù)來(lái)做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，讓脫氯飛灰的含水率保持在30%以內(nèi)的水平。一般而言，在經(jīng)過(guò)二次水洗之后，已經(jīng)可對(duì)焚燒飛灰中含有的Cl進(jìn)行有效的去除，能夠?qū)︼w灰處理系統(tǒng)的效果進(jìn)行保證。當(dāng)進(jìn)行第三次水洗處理時(shí)，Cl的去除率已經(jīng)可以達(dá)到95%以上，將其加入到水泥窯中進(jìn)行協(xié)同處置，就可以獲得較好的工藝效果。

城市生活垃圾焚燒處置時(shí)，容易產(chǎn)生含氯量較高的焚燒飛灰，采用三級(jí)逆流漂洗的工藝可以對(duì)其中氯離子進(jìn)行有效的去除，在對(duì)實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)展水洗處理工作時(shí)，需要將焚燒飛灰含氯量的高低作為主要的依據(jù)，根據(jù)實(shí)際需求來(lái)做好相應(yīng)地調(diào)整和優(yōu)化處理。

嬰兒培養(yǎng)箱可以為其提供適宜的溫度和空氣濕度，保持體溫恒定，同時(shí)也可以避免在進(jìn)行臨床操作時(shí)的體溫波動(dòng)，并且可以預(yù)防交叉感染。體溫不升患兒、新生兒硬腫癥患兒也需要在嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行體溫復(fù)溫治療。此外，對(duì)于一些特殊感染的患兒、新生兒驚厥、新生兒膿皰瘡等患兒也需要在暖箱內(nèi)進(jìn)行隔離觀察。

2.2 污水預(yù)處理單元

經(jīng)過(guò)水洗處理的焚燒飛灰所產(chǎn)生的濾液即廢水水洗液，不僅含有Cl、K、Na等重金屬離子，還含有少量的懸浮物質(zhì)，待其物理沉淀一段時(shí)間之后，再配合一定的化學(xué)試劑對(duì)這些重金屬離子和鈣鎂離子進(jìn)行沉淀處理，讓其所形成的污泥可以與返回的飛灰濾液一起進(jìn)入到固液分離裝置當(dāng)中，繼續(xù)固液分離。飛灰水洗液在歷經(jīng)多道的水處理相關(guān)流程之后，進(jìn)入到MVR蒸發(fā)系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)其所含有的鹽和水做出分離處理，蒸汽冷凝水就會(huì)以清水的形態(tài)繼續(xù)發(fā)揮水洗處理的相關(guān)功能。

2.3 MVR蒸發(fā)系統(tǒng)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)也被稱為多效蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，此系統(tǒng)是將機(jī)械式蒸汽壓縮技術(shù)作為基礎(chǔ)，對(duì)其自身所產(chǎn)的二次蒸汽進(jìn)行一定的壓縮，使其溫度和壓力都可以一定的提升，然后以換熱器充當(dāng)蒸汽來(lái)進(jìn)行使用，對(duì)蒸汽的潛能進(jìn)行充分的利用。

在對(duì)MVR系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，只需要在首次開(kāi)機(jī)時(shí)采用外接的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加入處理，讓其可以生成二次蒸汽，之后便不再需要外界的蒸汽提供。另外，MVR蒸發(fā)系統(tǒng)在占地面積比較小，且具有非常強(qiáng)的節(jié)能性特征，將其應(yīng)用在飛灰水洗廢水當(dāng)中，具有一定的優(yōu)勢(shì)。將此項(xiàng)技術(shù)正式應(yīng)用在水洗廢氣的蒸發(fā)制鹽工作之前，被廣泛應(yīng)用在化工和海水淡化的相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中，并且已經(jīng)具有較為成熟和穩(wěn)定的應(yīng)用。

2.4 水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)

焚燒飛灰在經(jīng)過(guò)水洗處理之后，其中Cl、K、Na等重金屬離子都已經(jīng)得到了有效清除，使得其對(duì)水泥窯的不利影響降到最低，保證水泥窯處于較為良好的工況當(dāng)中。將經(jīng)過(guò)水洗處理的飛灰和原材料混合一起，經(jīng)由密封管道共同的輸入到水泥窯高溫段，讓其接受半小時(shí)的高溫（1400℃） 煅燒處置之后，其中的有機(jī)物質(zhì)（二噁英） 會(huì)被完全分解。加之水泥窯的窯尾煙氣處于堿性氛圍當(dāng)中，在經(jīng)過(guò)多道吸附之后，已經(jīng)對(duì)二次生成二噁英的物質(zhì)進(jìn)行了有效的抑制，對(duì)其再次合成的問(wèn)題進(jìn)行有效規(guī)避。而重金屬已經(jīng)被固化在水泥熟料的晶格當(dāng)中，無(wú)法溶解和浸出，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，最終實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化和資源化的飛灰處置流程。

3 水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 替代了部分原材料

焚燒飛灰的主要成分與水泥原料成分具有極強(qiáng)的相似性，可以使用飛灰來(lái)對(duì)水泥中的部分原料進(jìn)行替代。相關(guān)人員將飛灰按照比例加入到水泥生料當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)飛灰替代原料的比例少于5%時(shí)，并不會(huì)對(duì)水泥熟料的各項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生不利影響。以此種方式來(lái)燒制水泥熟料，不僅可以減少固體廢棄物處理的污染問(wèn)題，還能對(duì)水泥原料的資源進(jìn)行補(bǔ)充。

3.2 有效去除有機(jī)污染物

水泥窯具有溫度高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，與危險(xiǎn)廢棄物焚燒的相關(guān)要求相吻合。據(jù)相關(guān)研究的內(nèi)容可知，1100℃以上的溫度的焚燒爐可以對(duì)危廢物中有害成分起到分解的效果，并且具有徹底性，不容易導(dǎo)致二次污染的現(xiàn)象。而水泥窯的溫度處于1400℃左右，焚燒飛灰可以得有效的處置，其中所含有的中各類有害成分都會(huì)被有效處理。加之水泥窯煙氣在200 ～450℃區(qū)域具有較快的冷卻速度，這就在很大程度上降低了此類物質(zhì)的再次合成的可能性。

3.3 減少酸性有害氣體的排放

當(dāng)酸性氣體進(jìn)入到水泥窯中時(shí)，因水泥窯本身為堿性氛圍，可以發(fā)揮出一定的吸附和過(guò)濾作用，尤其是對(duì)穩(wěn)定性強(qiáng)的含Cl有機(jī)物可以實(shí)現(xiàn)較為明顯的吸附。對(duì)SO、HCl和HF可以發(fā)揮出較強(qiáng)的中和性作用，同時(shí)也能對(duì)酸性物質(zhì)的排放進(jìn)行有效抑制，在有害氣體的凈化上可發(fā)揮出重要的作用。

3.4 將重金屬的污染程度降至最低

焚燒飛灰雖然與水泥原料中的成分具有一定的相似性，但是若將焚燒飛灰直接地加入到水泥當(dāng)中形成固化體，未對(duì)其中的重金屬和有機(jī)污染物進(jìn)行合理處理，使用起來(lái)會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境產(chǎn)生不良影響，容易引發(fā)污染問(wèn)題。將焚燒飛灰加入到水泥窯中，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，使得重金屬等元素都受到固化影響，無(wú)法還原和溶出，并且在整個(gè)過(guò)程中也不容易產(chǎn)生灰渣問(wèn)題，不需要進(jìn)行二次處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污染擴(kuò)散的有效規(guī)避。以焚燒飛灰為替代料而生產(chǎn)出來(lái)的礦渣硅酸鹽水泥已經(jīng)成為我國(guó)的主要的水泥品種之一，并在市場(chǎng)上廣泛流通，其質(zhì)量和效果都受到了認(rèn)可，不管是對(duì)水泥行業(yè)而言，還是對(duì)環(huán)境保護(hù)來(lái)說(shuō)，都發(fā)揮出了重要的價(jià)值。

3.5 降低焚燒飛灰處置成本

在對(duì)焚燒飛灰進(jìn)行處置時(shí)，利用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)可以在很大程度上降低成本，因?yàn)榭梢詫?duì)水泥窯進(jìn)行直接的利用，并配有相應(yīng)的處理設(shè)備和煙氣凈化設(shè)施，只需將現(xiàn)有工藝為基礎(chǔ)，進(jìn)行一定的調(diào)整和優(yōu)化，就可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)的操作。

4 水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰的實(shí)際運(yùn)行效果

4.1 水洗前后飛灰成分的變化情況

使用水泥窯協(xié)同技術(shù)對(duì)焚燒飛灰進(jìn)行處置時(shí)，以最優(yōu)水洗比例為依據(jù)來(lái)實(shí)施具體的工藝流程，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)固體廢棄物中過(guò)量Cl的有效去除，也能讓水洗后的飛灰達(dá)到入窯的相關(guān)要求，在節(jié)約用水量上也能發(fā)揮出重要的意義，從而實(shí)現(xiàn)水洗處理規(guī)模的降低，以減少投資和運(yùn)行的費(fèi)用支出。從以下表1 中可以看出，經(jīng)過(guò)水洗的飛灰成分已經(jīng)發(fā)生了一定變化，說(shuō)明水泥窯協(xié)同處置技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛灰中Cl、K、Na、S 等有害元素的有效去除。

表1 水洗前后飛灰成分分析（%）

4.2 水洗次數(shù)對(duì)水洗效果的影響

對(duì)一次水洗、二次水洗和三次水洗所產(chǎn)生的元素影響情況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，具體的影響結(jié)果可以如下表2 所示。將相同的總用水量作為基礎(chǔ)的條件，二次水洗的飛灰對(duì)Cl、Na、K所產(chǎn)生的去除效果要高于一次水洗的效果，由此可說(shuō)明二次水洗能夠?qū)︼w灰進(jìn)行更好地回收和利用，可以發(fā)揮出更強(qiáng)的效果。

表2 水洗次數(shù)對(duì)飛灰中元素的影響（%）

4.3 水洗方式對(duì)水洗效果的影響

水洗處理中水量的節(jié)約是需要關(guān)注的內(nèi)容，而水洗方式對(duì)其產(chǎn)生影響的重要因素，因此需要對(duì)水洗方式所產(chǎn)生的元素影響進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。一般是以順流漂洗和逆流漂洗兩種方式來(lái)做出對(duì)比和分析。從下表3的結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)逆流漂洗之后的飛灰中各元素的含量并沒(méi)有明顯的升高現(xiàn)象，但是用水量卻明顯變低，說(shuō)明逆流漂洗具有節(jié)約用水量的重要特征。

表3 水洗方式對(duì)飛灰中元素的影響（%）

4.4 污水預(yù)處理單元的處理效果

對(duì)飛灰水洗液中的各類元素含量進(jìn)行一定分析可知（表4 所示），K、Na、Ca等元素以及氯化物的含量處于較高的水平，主要的重金屬為Pb、Ba等，Ca元素及重金屬會(huì)對(duì)后續(xù)的處理產(chǎn)生一定的影響，因此要經(jīng)物理沉淀后加入化學(xué)試劑（NaS +FeSo，NaCO），對(duì)原水進(jìn)行軟化處理，并對(duì)原水中的危險(xiǎn)成分含量進(jìn)行降低。

表4 污水預(yù)處理單元對(duì)重金屬的去除效果（mg·L-1）

4.5 處理飛灰對(duì)水泥窯煅燒及產(chǎn)量的影響

沒(méi)有經(jīng)過(guò)水洗處理的焚燒飛灰，因?yàn)槭艿酱罅库涒c氯等有害成分的影響，會(huì)給水泥窯的工況產(chǎn)生一定的影響： 比如，會(huì)增加預(yù)熱器下料管、五級(jí)筒頂部和錐體結(jié)皮現(xiàn)象的發(fā)生概率，此種情況會(huì)直接地影響到下料管的直徑范圍，一旦出現(xiàn)結(jié)皮脫落的現(xiàn)象，就會(huì)造成阻塞的問(wèn)題； 還有可能對(duì)煙氣脫硝系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致噴氨效果的發(fā)生； 熟料提前結(jié)粒的問(wèn)題也比較容易發(fā)生，會(huì)給熟料煅燒的效果產(chǎn)生直接的影響。

焚燒飛灰在經(jīng)過(guò)水洗處理之后，其中的K、Na、Cl等有害元素都已經(jīng)被有效去除，不容易對(duì)水泥窯的正常煅燒產(chǎn)生不良影響。另外，將飛灰加入到水泥窯中，可以在水泥生產(chǎn)中起到添加脫硫石膏的作用，對(duì)改善水泥熟料的硫堿比具有重要的促進(jìn)作用。總體而言，水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的方式對(duì)窯內(nèi)的工況具有較高的要求，需要保持在持續(xù)且穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰可以對(duì)其中的有害成分進(jìn)行有效去除，且采用三級(jí)逆流漂洗技術(shù)來(lái)開(kāi)展飛灰的水洗處理工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用水量的有效節(jié)約，使得整個(gè)水洗過(guò)程中所產(chǎn)生的廢水都經(jīng)過(guò)循環(huán)后使用，實(shí)現(xiàn)完全零排放的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)水洗處理的飛灰可以代替部分水泥原料進(jìn)入到水泥窯中，經(jīng)過(guò)高溫煅燒之后，分解其中二噁英等有機(jī)毒物，固化重金屬物質(zhì)而不產(chǎn)生污染，真正地實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、資源化、減量化處置，充分地發(fā)揮出該工藝技術(shù)的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，以促進(jìn)水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。