近年來，隨著我國垃圾焚燒處理技術(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噁英和重金屬，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)行無害化處理。
焚燒飛灰危害大
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，也富集了大量的二噁英，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。
垃圾焚燒飛灰處理技術(shù)現(xiàn)狀
1、固化與穩(wěn)定化法
固化與穩(wěn)定化技術(shù)是國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。
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。
研究表明：
(1)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)。
(2)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。
(3)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，飛灰與其他混合材復(fù)合，在一定程度上改善了單摻飛灰導(dǎo)致水泥后期強(qiáng)度增長緩慢的情況。
(4)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。
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、油頁巖渣、預(yù)處理過的尾礦、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)再混勻而成的。
垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中的加入量為1%～l0%，這樣就得到了l0～100倍的稀釋。成巖劑在凝石膠凝材料中的加入量為1%～5%，這樣飛灰就得到了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)，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。
1.3藥劑穩(wěn)定化法
藥劑穩(wěn)定化技術(shù)以處理重金屬廢物為主，目前已經(jīng)發(fā)展了多種重金屬穩(wěn)定化技術(shù)，如pH值控制技術(shù)、氧化，還原電勢(shì)控制技術(shù)、沉淀技術(shù)、吸附技術(shù)和離子交換技術(shù)等。這類技術(shù)目前在垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理方面應(yīng)用較少，但是一個(gè)發(fā)展方向。尤其是藥劑穩(wěn)定化與其它穩(wěn)定化方法相比具有工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定效果好、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。
目前發(fā)展較快的螯合型有機(jī)重金屬穩(wěn)定化藥劑，對(duì)包括垃圾焚燒飛灰在內(nèi)的多種重金屬污染物的穩(wěn)定化處理效果已經(jīng)得到試驗(yàn)證明。對(duì)重金屬螯合劑處理垃圾焚燒飛灰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并與Na2S和石灰處理等效果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，螯合劑投加量0.6%時(shí)，捕集飛灰中重金屬的效率高達(dá)97%以上，為達(dá)到相同的穩(wěn)定化效果，螯合劑的使用量要比無機(jī)穩(wěn)定化藥劑少得多。同時(shí)，通過l4個(gè)月的微生物影響實(shí)驗(yàn)表明，重金屬螯合劑穩(wěn)定化產(chǎn)物在填埋廠的環(huán)境下，其穩(wěn)定性不受微生物活動(dòng)的影響。
目前，一般采用的穩(wěn)定化藥劑有：石膏、磷酸鹽、漂白粉、硫化物(硫代硫酸鈉、硫化鈉)、高分子有機(jī)穩(wěn)定劑、鐵酸鹽、粘土礦物等，磷酸鹽處理飛灰后重金屬Pb在pH值4～l3范圍內(nèi)浸出很小。
1.4瀝青固化法
瀝青固化作為熱塑性材料固化技術(shù)的代表，是以瀝青類材料作為固化劑，與飛灰在一定的溫度下均勻混合，產(chǎn)生皂化反應(yīng)，使有害物質(zhì)包容在瀝青中形成固化體，從而得到穩(wěn)定。由于瀝青屬于憎水物質(zhì)，完整的瀝青固化體具有優(yōu)良的防水性能。瀝青還具有良好的黏結(jié)性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且對(duì)于大多數(shù)酸和堿有較高的耐腐蝕性。
1.5熔融固化法
經(jīng)加熱熔融，焚燒飛灰中的二噁英等有機(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。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。
目前發(fā)達(dá)國家已經(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、無害化、資源化。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。
1.6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害化、資源化處理，避免了二次污染，減少了資源浪費(fèi)。
1.7地聚物固化技術(shù)(新型方法)
地聚物是一種以水玻璃和氫氧化鈉等采用一定的工藝激發(fā)偏高嶺土、工業(yè)廢渣等含鋁硅酸鹽物質(zhì)制得的新材料。地聚物有單硅鋁、雙硅鋁和三硅鋁三種結(jié)構(gòu)，利于固定重金屬。地聚物的特殊結(jié)構(gòu)可以把飛灰中的金屬和其他毒性物質(zhì)分割包圍在環(huán)狀分子之間結(jié)合形成密閉的空腔內(nèi)或被吸附而包容在聚合體中，達(dá)到固化效果。地聚物原材料豐富，價(jià)格低廉，生產(chǎn)能耗只及陶瓷的1/20，鋼的1/70，塑料的1/150，污染物排放量低,受到歐、美、日等國家的重視。在其它條件相同時(shí)，地聚物固化飛灰后固化體的抗壓強(qiáng)度比水泥固化后高,且表現(xiàn)出早期抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn),固化體中重金屬浸出毒性更低。
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，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。
3、膜蒸餾技術(shù)
膜蒸餾技術(shù)已在國內(nèi)研究了近30年，一直沒有工業(yè)化運(yùn)用起來，其中根本的一個(gè)原因就是沒有合適的“膜”。PTFE高能膜蒸餾技術(shù)成功運(yùn)用到垃圾飛灰脫鹽預(yù)處理、高鹽廢水處理、物料濃縮分離、高難廢水處理等領(lǐng)域。在垃圾飛灰膜蒸餾濃縮系統(tǒng)脫鹽預(yù)處理中可以將飛灰水洗后的溶液濃縮至近飽和前(30%)的任意濃度，可靈活控制濃縮量，處理時(shí)還不受鹽分濃度的影響。溶液經(jīng)過膜蒸餾系統(tǒng)的濃縮，產(chǎn)出的水質(zhì)達(dá)到蒸餾水標(biāo)準(zhǔn)可回用水洗飛灰；除此之外，該系統(tǒng)可利用80度以上廢熱，太陽能，工廠熱煙氣，熱水，設(shè)備余熱，間斷式蒸汽或地?zé)岬攘畠r(jià)低品位能源。”而飛灰經(jīng)過水洗處理產(chǎn)生的沉淀物則送至水泥窖做水泥骨料，確保了飛灰的多重循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)飛灰處理的無害化、減量化、資源化。
由于垃圾飛灰水洗之后的溶液含鹽率的不確定性(含鹽率常在8%左右，也會(huì)極少出現(xiàn)8%以下)，無法采用常規(guī)超濾、反滲透工藝。而利用膜蒸餾系統(tǒng)幾乎不受鹽分濃度的影響，可直接進(jìn)入膜蒸餾系統(tǒng)將高鹽廢水濃縮至近飽和狀態(tài)。再將近飽和高鹽廢水進(jìn)行兩級(jí)雜鹽的分離后鹽結(jié)晶，產(chǎn)生氯化鈉純度在90%以上可作為工業(yè)鹽資源化利用。
采用膜蒸餾方案進(jìn)行處理，使得水洗后的飛灰進(jìn)入水泥窯焚燒去除二噁英后可直接作為水泥骨料資源化利用，飛灰中的鹽進(jìn)入水中，最后結(jié)晶出工業(yè)鹽也可資源化利用。水洗后的溶液利用水泥窯200多度的煙道尾氣余熱進(jìn)行換熱達(dá)到80度的工作水溫，進(jìn)入膜蒸餾系統(tǒng)循環(huán)濃縮，可使溶液濃縮至近飽和狀態(tài),從而降低大量的系統(tǒng)運(yùn)行能耗，降低飛灰的處置成本。
膜蒸餾濃縮系統(tǒng)在現(xiàn)有的垃圾飛灰水泥窯協(xié)同處置工藝上進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。在能耗方面進(jìn)行了優(yōu)化，減少了運(yùn)營成本，完善了雜鹽分離技術(shù)，使最后結(jié)晶出工業(yè)鹽資源化利用。
4、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，送入安全填埋場(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。
5、其他
國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。
展望
基于中國城市垃圾焚燒飛灰的性質(zhì)和處理特性，焚燒飛灰的處理與利用技術(shù)必須從資源化利用和環(huán)境影響兩方面加以考慮，既要考慮焚燒飛灰資源化利用的可行性，在經(jīng)濟(jì)成本與環(huán)境保護(hù)中找到最佳平衡點(diǎn)，又要使焚燒飛灰處理產(chǎn)物的環(huán)境特性達(dá)到所限定的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合我國實(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)開發(fā)先進(jìn)的焚燒爐，并加強(qiáng)對(duì)入爐垃圾的控制;
(2)開發(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，但因我國生活垃圾未進(jìn)行分類收集，垃圾焚燒灰組成與國外有一定的區(qū)別，不能直接引進(jìn)國外技術(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、金屬回收以及產(chǎn)物利用等多方面的因素，綜合考慮，真正做到垃圾焚燒飛灰處理的安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠。
來源:中環(huán)衛(wèi)工業(yè)固廢與危廢處理專委會(huì)
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