摘要：介紹了垃圾焚燒飛灰的成分、理化特性及現(xiàn)狀，闡述了對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行無(wú)害化處理的重要性，結(jié)合垃圾焚燒飛灰處理技術(shù)的現(xiàn)狀及方法，提出了應(yīng)根據(jù)我國(guó)垃圾焚燒飛灰的實(shí)際情況，慎重選擇適宜的焚燒飛灰熔融處理技術(shù)。
0引言
隨著我國(guó)城市化和人民生活水平的不斷提高，城市垃圾產(chǎn)生量與日俱增，其基本處理方式主要有填埋、焚燒和堆肥。垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)是通過(guò)將垃圾放在焚燒爐中燃燒并釋放熱能后，將余熱回收以供熱或發(fā)電;同時(shí)將凈化后的煙氣排出，將少量剩余殘?jiān)懦鎏盥窕蛴糜谄渌猛尽７贌幚砑夹g(shù)處理量大、減容性好、無(wú)害化徹底，且有熱能回收作用。因此，對(duì)生活垃圾實(shí)行焚燒處理是無(wú)害化、減量化和資源化的有效處理方式。
近年來(lái)，隨著我國(guó)垃圾焚燒處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，焚燒飛灰產(chǎn)量巨大，焚燒飛灰處理技術(shù)成為環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。由于垃圾焚燒飛灰中含有較高濃度的二嗯英和重金屬，是危險(xiǎn)固體廢棄物，將其直接填埋會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染，因此需要對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行無(wú)害化處理。
1垃圾焚燒飛灰簡(jiǎn)介
垃圾焚燒飛灰是指在垃圾焚燒廠的煙氣凈化系統(tǒng)中收集的殘余物，一般包括除塵器飛灰和吸收塔飛灰，其中含有煙道灰、加入的化學(xué)藥劑及化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物等。垃圾焚燒飛灰作為一種高比表面積物質(zhì)，不僅富集大量的汞、鉛和鎘等有毒重金屬，也富集了大量的二嗯英類物質(zhì)，是一種同時(shí)具有重金屬危害特性和環(huán)境持久性有機(jī)毒性危害特性的雙料危險(xiǎn)廢物，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境具有極大的危害性。
垃圾焚燒飛灰是含水率很低的細(xì)小塵粒，呈淺灰色粉末狀。從理化性質(zhì)看，一般所取灰樣的含水率為10%～23%，熱灼減率為34%～51%。飛灰是由顆粒物、反應(yīng)產(chǎn)物、未反應(yīng)產(chǎn)物和冷凝產(chǎn)物聚集而成的不規(guī)則物體，粒徑大小不均，基本在100m以下，表面粗糙，呈多角質(zhì)狀，孔隙率較高，比表面積較大，其表面易凝結(jié)富集Pb和Cd等易揮發(fā)性金屬。焚燒飛灰的主要化學(xué)成分為：SiO，24.5%;Fe，O，4.01%;A1，O，7.42%;TiO2，0.62%;CaCl2，3.37%IMgO，2.72%;SO3，12.03%;CaO，0.5%;C1，，10.56%。焚燒飛灰中各種重金屬的含量大不相同，其中Zn，Pb，Cu，Cr和Cd等有害物質(zhì)濃度較高，這與焚燒溫度和各種重金屬物質(zhì)的蒸發(fā)點(diǎn)有關(guān)。蒸發(fā)點(diǎn)低于焚燒溫度的重金屬物質(zhì)，受熱后將全部蒸發(fā)而進(jìn)人煙氣。煙氣中的重金屬蒸汽，隨煙氣溫度的降低，凝結(jié)成均勻的小顆粒并附著于煙塵上，最后被煙氣除塵設(shè)備捕集下來(lái)，形成焚燒飛灰。飛灰中的水溶態(tài)重金屬含量較少，可浸出的Pb和Zn主要以酸溶態(tài)形式存在。而Cd主要以酸溶態(tài)和離子交換態(tài)形式存在，這說(shuō)明在酸性條件下，飛灰的重金屬浸出毒性會(huì)大大增加。
2垃圾焚燒飛灰處理技術(shù)現(xiàn)狀
2.1固化與穩(wěn)定化法
固化與穩(wěn)定化技術(shù)是國(guó)際上處理有毒廢物的主要方法之一，而膠凝材料是目前應(yīng)用最廣、最重要的固化與穩(wěn)定化材料。國(guó)外已經(jīng)開(kāi)展過(guò)以垃圾焚燒飛灰作為水泥混凝土集料或混合材的研究，也報(bào)道了運(yùn)用熱處理技術(shù)把垃圾焚燒飛灰資源化的方法。
2.1.1水泥固化法
固化處理是利用固化劑與垃圾焚燒飛灰混合后形成固化體，從而減少重金屬的溶出。水泥是最常見(jiàn)的危險(xiǎn)廢物固化劑，因此工程中常采用水泥對(duì)焚燒飛灰進(jìn)行固化處理。飛灰被摻入水泥的基質(zhì)中后，在一定的條件下，經(jīng)過(guò)一系列的理化作用，減小污物在廢物水泥基質(zhì)體系中的遷移率，如形成溶解性比金屬離子小得多的金屬氧化物等。
此外，還可添加一些輔料以增進(jìn)反應(yīng)過(guò)程，最終使粉粒狀物料變成堅(jiān)固的混凝土塊，從而使大量的廢物因固化而穩(wěn)定。對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行穩(wěn)定化處理研究，結(jié)果表明：盡管采用了水洗、粉碎等飛灰前處理工藝，處理后的砌塊仍難以達(dá)到較高強(qiáng)度。另外，由于受氯離子的影響，固化砌塊中的Fe2+，Cu，Zn等離子容易浸出，導(dǎo)致污染物超標(biāo)。
研究表明，垃圾焚燒飛灰可作為輔助材料代替水泥加入混凝土，用這種垃圾焚燒飛灰代替45%水泥時(shí)，其耐壓強(qiáng)度與原來(lái)的相當(dāng)。用重金屬及氯化物含量高的焚燒飛灰替代水泥材料時(shí)，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)處理，如水洗或加入添加劑。
研究指出，垃圾焚燒飛灰與礦渣等材料復(fù)合，可改善水泥的后期強(qiáng)度。從強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)看，垃圾焚燒飛灰與其他混合材復(fù)合，在一定程度上改善了單摻垃圾焚燒飛灰導(dǎo)致水泥后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢的情況。垃圾焚燒飛灰與礦渣或低鈣粉煤灰復(fù)合可改善水泥后期強(qiáng)度，與礦渣復(fù)合后其效果更加顯著。
盡管水泥固化處理焚燒飛灰具有工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)，但由于垃圾焚燒飛灰中含有較高的氯離子，所以采用水泥固化法處理焚燒飛灰時(shí)，必須進(jìn)行前處理，以減少氯離子對(duì)固化后砌塊的機(jī)械性能影響以及后期重金屬離子浸出等問(wèn)題。這就在很大程度上提高了對(duì)焚燒飛灰處置場(chǎng)所建設(shè)和運(yùn)行的要求，造成成本增加，限制了該方法的應(yīng)用。
2.1.2凝石穩(wěn)定化法
凝石是將具有火山灰活性的固體廢棄物，包括粉煤灰、冶金渣、煤矸石、油頁(yè)巖渣、預(yù)處理過(guò)的尾礦、黃河砂、城市建筑垃圾以及天然火山灰等硅鋁質(zhì)物料，加入少量或不加水泥熟料，再配入1%～5%的成巖劑，分別磨細(xì)再混勻或一起混磨而成的。凝石是基于仿地成巖原理制備的硅鋁基膠一一凝材料，能夠在許多場(chǎng)合替代水泥。
目前，在中國(guó)已形成幾十條凝石生產(chǎn)線和每年數(shù)百萬(wàn)噸的生產(chǎn)規(guī)模。凝石技術(shù)體系推廣應(yīng)用的基本模式是：凝石成巖劑由區(qū)域性工廠集中生產(chǎn)，將生產(chǎn)好的凝石成巖劑運(yùn)往凝石膠凝材料工廠，在凝石膠凝材料工廠內(nèi)將1%～5%的凝石成巖劑與上述固體廢棄物磨細(xì)后的微粒一起混磨均勻，加入少量或不加水泥熟料，就可得到凝石膠凝材料。
垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中的加入量為1%～l0%，這樣其在成巖劑中就得到了l0～100倍的稀釋。成巖劑在凝石膠凝材料中的加入量為1%～5%，這樣垃圾焚燒飛灰在凝石膠凝材料中就得到了200～10000倍的稀釋。該技術(shù)初步研究的結(jié)果表明：凝石對(duì)垃圾焚燒飛灰中重金屬物質(zhì)的處理效果良好。當(dāng)焚燒飛灰的
摻加量為1%～5%時(shí)，凝石中的重金屬得到了有效處理，滲濾結(jié)果均符合固體廢棄物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)，浸出液中的重金屬濃度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城市污水排放的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成危害。該技術(shù)被認(rèn)為在固體廢棄物資源化利用方面非常有應(yīng)用前景。
2.1.3熔融固化技術(shù)
經(jīng)加熱熔融，焚燒飛灰中的二嗯英等有機(jī)污染物會(huì)發(fā)生高溫分解，再將熔渣快速冷卻形成致密且穩(wěn)定的玻璃體，從而有效控制重金屬的浸出。熔融固化技術(shù)不僅可以控制污染，而且熔融使灰渣變得致密，減容效果非常顯著。此外，根據(jù)生產(chǎn)需要，可以將熔渣制成建筑材料或作為玻璃、陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)的原料，實(shí)現(xiàn)灰渣的資源化利用。
研究表明：灰渣熔融后，僅因其密度增加即可減容約70%。如果再考慮到熔渣綜合利用，對(duì)于填埋負(fù)擔(dān)而言，可以達(dá)到1/20的減容比。目前發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)研究出2種成熟的熔融技術(shù)。
(1)燒結(jié)法，是將待處理的危險(xiǎn)廢物與細(xì)小的玻璃質(zhì)，如玻璃屑、玻璃粉混合造粒成型后，在1000～1100℃高溫下熔融形成玻璃固化體，以借助玻璃體的致密結(jié)晶結(jié)構(gòu)，確保固化體的永久穩(wěn)定。但該方法需充分結(jié)合化學(xué)穩(wěn)定和熔融處理工藝，才能降低垃圾焚燒飛灰對(duì)環(huán)境的危害。
(2)熔融法，是在燃料爐內(nèi)，利用燃料或電能將垃圾焚燒飛灰加熱到l400℃左右，使飛灰熔融后經(jīng)過(guò)一定的程序冷卻變成熔渣，然后將熔渣作為建筑材料，以實(shí)現(xiàn)飛灰減容化、無(wú)害化、資源化。熔融固化需要將大量物料加熱到熔點(diǎn)以上，一般采用電或其他燃料，需要的能源和費(fèi)用都相當(dāng)高。相對(duì)于其他處理技術(shù)，熔融固化的最大優(yōu)點(diǎn)是可以得到高質(zhì)量的建筑材料。
國(guó)外已研制出多種垃圾焚燒飛灰處理的高溫熔融爐，并在日本和歐洲有少量使用。但由于此工藝需要消耗大量能源，且對(duì)Pb，Cd，Zn等易揮發(fā)重金屬元素需進(jìn)行嚴(yán)格后續(xù)的煙氣處理，導(dǎo)致飛灰處理成本較高，目前只能在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家應(yīng)用。
2.1.4燒制陶粒技術(shù)
專利CN1830885利用垃圾焚燒飛灰為原料的陶粒及其制備方法中提出了一種利用垃圾焚燒飛灰為原料的陶粒及其制備方法。其原料組成為：非灰20%～80%，其余為黏土。這些原料經(jīng)配料、造粒、高溫煅燒后即可制成陶粒產(chǎn)品。所需高溫煅燒的燒結(jié)溫度為l000～1400℃。此專利將危險(xiǎn)廢棄物一垃圾焚燒飛灰作為陶粒原料再生利用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)固體廢棄物飛灰的無(wú)害化、資源化處理，避免了二次污染，減少了資源浪費(fèi)。這樣，既可安全處置垃圾焚燒飛灰，又經(jīng)濟(jì)、可行地利用城市垃圾焚燒飛灰制備陶粒產(chǎn)品，減少了陶粒工業(yè)對(duì)天然原料的需求量。
2.2濕式化學(xué)處理法
飛灰濕式化學(xué)處理法包括加酸萃取法、煙氣中和碳酸化法等。該工藝將飛灰中的重金屬(如酸、堿等)提取后，再將剩余飛灰和重金屬分別進(jìn)行資源化利用。該工藝運(yùn)行成本較低，可回收重金屬和鹽類。
研究表明：飛灰經(jīng)過(guò)磷酸洗滌后，Zn的溶出率由水洗時(shí)的l12.65mg/kg降低至2mg/kg，且未檢出Pb的溶出，固留在灰樣中重金屬的殘留態(tài)和有機(jī)態(tài)的比例都有不同程度的提高。由此可見(jiàn)，磷酸洗滌不但能有效抑制重金屬的溶出，還有助于改善重金屬的化學(xué)穩(wěn)定性和飛灰的熱穩(wěn)定性。研究還指出，由于大多數(shù)有害離子的浸出率較低，對(duì)安全填埋影響不大，也可作為建材、筑路材料。
采用濕式化學(xué)處理法提取飛灰中的重金屬，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)飛灰中的可溶鹽溶解于水中，提高了處理效果，增加了處理物的穩(wěn)定性;
(2)處理物中的可溶鹽較少，且形態(tài)為脫水濾餅狀，易于操作、搬運(yùn)、填埋;
(3)工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，但也存在需對(duì)可溶鹽和排水進(jìn)行處理的弊端，一般只用于重金屬濃度較高、有必要進(jìn)行回收的情況下，目前很少應(yīng)用。
2.3安全填埋法
安全填埋法是將垃圾焚燒飛灰在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后，送人安全填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋的方法，是目前處理垃圾焚燒飛灰最安全可靠的手段之一。但安全填埋場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用較高，垃圾焚燒處理廠難以承受，同時(shí)也不能達(dá)到減容化和資源化的目的，因此今后會(huì)逐漸減少此方法的應(yīng)用。
2.4其他
國(guó)外曾研究在焚燒飛灰中加入SiO，MgO，TiO，制造玻璃，并將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為玻璃陶瓷制品，作為建筑材料。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)于未來(lái)垃圾焚燒飛灰的處理應(yīng)該是隨污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，無(wú)害化程度也進(jìn)一步提高，同時(shí)盡可能減少處理和控制二次污染物的運(yùn)行費(fèi)用。
3結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)現(xiàn)有垃圾焚燒廠對(duì)含有重金屬、二嗯英等的垃圾焚燒飛灰，采用堆存或簡(jiǎn)單處理的方法極易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此應(yīng)發(fā)展適宜的焚燒灰熔融處理配套設(shè)施。結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，垃圾焚燒飛灰處理的發(fā)展方向應(yīng)該包括以下3個(gè)方面：
(1)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的焚燒爐，并加強(qiáng)對(duì)入爐垃圾的控制;
(2)開(kāi)發(fā)穩(wěn)定效果好、處理成本低的化學(xué)穩(wěn)定劑以減少垃圾焚燒飛灰中的重金屬遷移;
(3)開(kāi)發(fā)安全可靠、能耗低、效益好的資源化技術(shù)，資源化處理垃圾焚燒飛灰，變廢為寶。
國(guó)外通常將醫(yī)療垃圾消毒處理后和生活垃圾一起進(jìn)行焚燒，但因我國(guó)生活垃圾未進(jìn)行分類收集，垃圾焚燒灰組成與國(guó)外有一定的區(qū)別，不能直接引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。因此，必須結(jié)合垃圾焚燒飛灰的組分、生活垃圾的處理規(guī)模、能量來(lái)源、建設(shè)投資費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)用、操作復(fù)雜性、金屬回收以及熔融產(chǎn)物利用等方面的因素，綜合考慮，慎重選擇適宜的焚燒飛灰熔融處理技術(shù)，真正做到垃圾焚燒飛灰處理的安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠。
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