危險廢物焚燒飛灰中重金屬的穩定化處理研究

農麗霞

（廣西科清環境服務有限公司，廣西 北海 536000）

大力推進危險廢物焚燒飛灰的資源化和無害化處理，可以降低重金屬含量，改善區域生態環境[1-2]。目前普遍采用硫化物、磷酸鹽和螯合劑等對危險廢物焚燒飛灰進行固化處理[3-5]。本文結合危險廢物焚燒飛灰中重金屬的特性，分析焚燒飛灰中重金屬的穩定化處理方法，以有效處理重金屬，降低環境污染。

1 危險廢物焚燒飛灰中重金屬的特性

根據自身特性，危險廢物高溫燃燒后會產生30%～35%的固體殘余物，其中25%～30%為底層渣，約5%為飛灰。危險廢物焚燒飛灰中，重金屬含量極低，尤其是易揮發性金屬汞、鉛、鎘、鋅的含量更低，對人體無害且易溶于水的金屬鎳、鉻、銅的含量也較低[6-8]。但是，其中的重金屬具有揮發性，在煙氣、飛灰和底灰中遷移和轉化。鉛、鎘、汞等重金屬具有高毒性，它們可對動植物和環境造成嚴重危害。此類物質在飛灰中通常以離子或溶解態存在，具有一定的遷移性。它們可以通過水體、土壤或空氣的運動而遷移，造成污染擴散。重金屬在飛灰中的穩定性不同，某些重金屬可能較穩定，而部分重金屬可能比較容易釋放或轉化為其他形式。這取決于焚燒溫度、氧化還原條件和其他化學反應。飛灰中的重金屬具有一定的吸附性，可以吸附在固體顆粒表面，也可以與其他物質形成絡合物[9-11]。除此之外，重金屬在生物體內有一定的累積性。當動物攝入含有重金屬的食物或水時，它會逐漸積累在體內，導致慢性中毒。

2 危險廢物焚燒飛灰中重金屬的穩定化處理方法

2.1 水泥固化法

水泥固化法主要是將粉煤灰和水泥按照一定配比攪拌均勻，并加入適量水進行養護，以達到預期養護效果。它是一種常見焚燒飛灰處理技術，具有費用低廉、操作簡便等優點[12-13]。除了水泥、石灰、高爐渣等水硬性膠凝材料外，國內外還常使用磷酸鹽、硫酸亞鐵等固化劑，它們可以與重金屬發生反應，生成穩定的、不溶于水的物質，起到加固作用。水泥是常用的固化劑。水泥漿的養護機制是利用其中的金屬元素，通過吸附、沉淀、離子交換和鈍化等作用，使其以羥基或配合物的形式存在于水泥土中，并在其表面生成具有一定堿性的物質，從而阻止重金屬的滲透。

粉煤灰可用于制備膠凝材料，飛灰對膠凝材料的硅酸鈣硬化起到延緩作用，粉煤灰用量增加，膠凝材料的硬化程度降低。醫用廢物燃燒飛灰不僅含有大量氯化物、硫化物和堿金屬，還含有較多的硅、鋁、鐵等元素。水泥可用于醫用廢物燃燒飛灰固化。摻入0.5%時，混凝土的固化性能幾乎沒有受到任何影響；加入5%后，則延緩混凝土的硬化過程，其中砷的作用最為明顯。在適當的粉煤灰配比下，采用水泥養護方式，硬化體可以獲得較高的抗壓強度，具有較小的金屬滲透性。粉煤灰對水化過程有較大影響，其摻量通常控制在20%～30%，粉煤灰用量較大。

2.2 水洗預處理法

飛灰含有大量重金屬、氯化物和堿性物質等副產物，這些會延緩水化進程，導致飛灰摻量大幅降低（小于20%）。可通過清洗飛灰來有效去除堿性物質、可溶性硫酸根和氯離子，并采用水泥固化來加快凝結硬化[14]，可將粉煤灰摻量增加至75%～90%，硬化體的最低強度為0.6～1.4 MPa，能夠滿足填埋需求。雖然飛灰的清洗工序增多，但水泥量減少，投資成本僅為原來工藝的50%～65%。飛灰中NaCl 含量很低，可以采用石灰高效固化飛灰，并將其用于道路鋪設。生活廢棄物含有較高的塑膠成分，導致燃燒灰渣含有較多的鹽分，對混凝土和石灰的固化產生不利影響。

2.3 熱處理法

熱處理法是一種廢物利用方法[15]，用于處理城市生活垃圾。根據加熱源的不同，它可以分為燃料熔爐法和電加熱法。1 200～1 400 ℃的高溫下，飛灰中的有機質會發生熱分解、燃燒和氣化，無機物質則會熔化成微晶爐渣。高溫條件下，二噁英等有機污染物會被高溫裂解，易揮發的重金屬鹽類會轉化為煙氣和灰渣，部分重金屬會轉化為玻璃渣，從而顯著影響重金屬的溶出性能。熔化處理后，廢物的比重大幅提高，灰渣體積減少超過2/3，同時飛灰中的重金屬得到回收。熱處理法可以將廢物用作路基材料、混凝土骨料和瀝青骨料等，實現資源高效利用。

由于組分的不同，熔渣的重金屬含量存在差異。隨著鎘、鉛、鋅和銅含量的增加，其比例就會增加，而鎳和鉻的含量則隨周圍環境的改變而改變。熔點較高的金屬鎘和鉛易熔化并進入飛灰中，而鋅、鉻、錳等重金屬熔化后仍然存在于爐渣中。熱處理后，飛灰中的重金屬按照揮發溫度進行再分配。具有高揮發點的金屬鋁、鈣、鋅、鎳和錳被轉移到爐渣中，而較容易揮發的金屬鎘和鉛被轉移到飛灰或熔爐尾氣中。在熔化過程中，垃圾焚燒飛灰適量添加CaO，可以達到玻璃化狀態。添加CaO 可以有效地控制飛灰中的揮發性金屬，使其固定在爐渣中，從而降低尾氣治理成本[16]。雖然熔渣的鎘、鋅、鉛和銅含量不受熔體氛圍影響，但隨著飛灰中堿金屬的增加，熔渣中這些元素的含量也會增加。熔渣中鎳和鉻的含量受反應氣氛的影響較大，與堿金屬含量關系較小。

2.4 化學藥劑法

化學藥劑法可以用于飛灰中重金屬的穩定化處理，它可以分為兩類，即有機物法和無機物法。其中，有機物法利用具有螯合基團的大分子與飛灰中的重金屬發生作用，生成不溶于水的大分子配合物，以鈍化飛灰中的重金屬。飛灰與固化劑混合，形成固體。常用的固化劑包括水泥、石灰和硅酸鹽等，它們能夠與重金屬發生化學反應，形成穩定的化合物。固化后，飛灰可以用于制造建筑材料。二硫化碳與多胺、聚乙烯亞胺等絡合劑可以用于制備新型絡合劑。利用重金屬絡合劑對飛灰進行處理，可以在不增加容量的情況下實現較好的治理效果，并且可以減少絡合劑的使用量，實現飛灰的穩定處置，無須擴容或只需少量擴容。Ca(OH)2及聚胺可用于垃圾焚燒飛灰固化。添加有機助劑后，短期（14 d）內垃圾焚燒飛灰的抗壓強度比無添加時明顯提高。有機助劑還能吸附大氣中的CO2，促進Ca(OH)2的炭化。無機助劑與粉煤灰中的硅、鋁、鈣等反應，形成具有較高結合強度的羥基磷石膏，將重金屬引入其中，極大地降低粉煤灰的滲透性。

2.5 燒結處理法

與傳統的穩定化處理工藝相比，燒結處理法能耗更少，產物粒徑更小，硬度更高，重金屬滲透率更低。燒結產物可用作建筑材料，綠色環保。粉煤灰中堿或氯含量較高，水洗后進行高溫燒結。水洗后，飛灰中的硅、鋁含量較高，可顯著提高制品的性能。此外，洗滌后飛灰的重金屬含量較高，在高溫條件下，隨著溫度的升高，重金屬的揮發更為顯著。一般情況下，飛灰高溫燒結后，其抗壓強度隨著飛灰粒徑的減小而增加，但在800 ℃以上有所降低。低溫條件下，Cr 以難溶性Cr2O3為主，高溫條件下轉變為易溶態K2CrO4。粉體高溫處理后，其燒結產物具有一定的硬度和滲透性能，適用于制備水泥基材料。

3 結語

危險廢物焚燒飛灰含有鉛、鎘、汞等重金屬，如果不經過處理直接排放到環境中，會對土壤、水和空氣造成嚴重的污染。焚燒飛灰需要進行穩定化處理，以保護區域生態環境。穩定化處理方法有水泥固化法、水洗預處理法、熱處理法、化學藥劑法和燒結處理法。穩定化處理可以將飛灰中的重金屬轉化為難溶的穩定形式，減少其毒性和遷移性，從而降低環境污染。