生活垃圾焚烧飞灰处理技术进展

叶 红，张晓佳，张保存，张新功，赵 洁

(青岛惠城环保科技股份有限公司，山东 青岛 266555)

近年来，因生活垃圾焚烧处理技术具有速度快，占地面积少，减量化和无害化效果显著的优点，垃圾焚烧产业爆发式增长，但随之产生了新问题——垃圾焚烧飞灰的处理。垃圾焚烧飞灰是一种高比表面积物质，成分含有烟道灰、加入的化学药剂及化学反应产物等，是垃圾焚烧装置的烟气净化系统中收集的残余物，主要包括除尘器飞灰和吸收塔飞灰。垃圾中所含的重金属及在焚烧过程中产生的二噁英类物质在焚烧过程中会迁移和转化至飞灰中，因此，垃圾飞灰中富集了大量的铅、镉和汞等有毒重金属及二噁英类致癌物质。垃圾焚烧飞灰属于危险废物，危险废物编号HW18。垃圾飞灰的处理问题已经成为制约、阻碍生活垃圾处理行业的瓶颈。

1 垃圾焚烧飞灰处理技术

1.1 水泥固化-填埋

目前，水泥固化技术是国际上最常用的危险废物固化技术，是在水泥的水化反应过程中，利用物理化学反应将飞灰中的重金属固化于生成的水化硅酸盐中，得到氢氧化物或络合物等形态的相对稳定物质。

学者们[1]探讨了利用水泥固化和药剂稳定化相结合的方式来处理垃圾焚烧飞灰的效果，研究结果表明，如果单独采用硅酸盐水泥固化处理垃圾焚烧飞灰，水泥掺量不少于35%；但若药剂稳定化与水泥固化协同使用，水泥掺量可下降至15%左右，飞灰固化体即可达到填埋标准。靳美娟[2]用硫铝酸盐水泥对垃圾焚烧飞灰进行固化实验发现，飞灰掺量为40%时，固化体中重金属浸出浓度随浸提剂pH值降低而增大，但当pH值大于5时，重金属浸出实验未测出含量。进行XRD检测发现，飞灰中可溶性盐在水泥水化反应的过程中固化，重金属Cr以CrO42-的形式固化于钙矾石中。贺杏华等探讨其固化机理发现，重金属物质主要是通过物理包胶、替换、沉淀或吸附机制固化于水泥水化产物结构中[3]。为探索如何加强飞灰中重金属的稳定效果，宋旭艳等[4]采用水、磷酸分别对其进行预处理，与水处理相比，采用磷酸处理后飞灰的凝结时间略短，重金属稳定性可进一步提高。用预处理后的飞灰进行水泥固化实验，体系的性能包括净浆抗压强度、无侧限抗压强度均随着水泥掺量的增加而增大。水泥固化-填埋是目前我国主要的飞灰处置方式，该技术成熟、简单、易于操作，处理成本费用较低，但随着环保压力的加大，飞灰产量的增加，填埋场地压力剧增，加之重金属的长期稳定性也较差，填埋场使用寿命有限。

1.2 熔融处理技术

飞灰熔融处理技术在发达国家发展迅速，其利用高温来实现飞灰中二噁英类有机污染物的降解和重金属的有效固化。根据温度不同，一般可分为烧结法和熔融/玻璃化两种。烧结法利用1000～1100℃的温度将飞灰烧制成致密坚硬的烧结体，在烧结过程中飞灰中气孔排除后，颗粒黏结。熔融法一般是利用专用燃料炉使温度达到在1400℃左右，高温下飞灰先熔融，后冷却转变为熔渣，后续作为建材综合利用。

在自行设计的旋风炉实验台上，王学涛等[5]对焚烧飞灰进行玻璃化熔融实验，系统研究了焚烧飞灰熔融前后微观形貌、灰渣中重金属特性和浸出特性，实验结果表明熔融后的玻璃态熔渣重金属浸出率低于美国EPA的标准限值。高飞等[6]采用具有二路进气双阳极特殊结构的热等离子体喷枪对飞灰进行熔融处理，得到的熔渣的微观结构紧密光滑且无空隙，Cd、Cr、Ni、Pb浸出实验表明，该方法很好的固定了重金属，浸出浓度已无法检出，该热等离子技术是一种处理垃圾焚烧飞灰的有效手段。赵俊东等[7]提出了一种仅以煤为燃料，不需要消耗燃油、天然气等优质能源的低温固定床烧结处理工艺，并对此烧结炉在鼓风速度、风口数量、风口直径、炉料粒径条件下炉内冷态的气流特性进行了数值模拟。

1.3 飞灰水泥窑共处置技术

飞灰水泥窑共处置技术是一种焚烧飞灰资源化处理的常见技术。这种技术利用飞灰中的盐分，将其制作成水泥，减轻了危险废物安全填埋场的环保压力的同时，还能实现一定程度的盈利，具有经济效益。北京市琉璃河水泥有限公司首次实现了飞灰水洗预处理与水泥窑共处置技术相结合的工业化生产，建成了国内首条中试生产线，生产实践证明这些技术可靠、环保、安全、无二次污染，产业化前景十分乐观[8-9]。芦澍[10]对水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰处置技术中水洗预处理工艺及后续污水处理工艺进行了研究发现，水洗单元采用逆流二次漂洗对氯离子去除效果明显优于其他水洗方式，并节约用水量50%，在液固比为3∶1进行洗灰时，对氯离子的去除率能到达90%以上，进一步增大液固比氯离子去除率没有显著提高，在后续污水处理单元中，通过中和、混凝、沉淀、过滤工艺，可以有效的去除重金属、钙离子含量，满足后续脱盐结晶单元要求。飞灰在进行水泥窑共处置时可产生大量的CO2，因此白晶晶等[11]较为系统地研究了CO2对水洗液中重金属离子尤其是Pb和Zn的共沉淀效应，结果表明CO2沉淀处理在最佳工艺条件(CO2浓度为10%(φ)、通入时间为80 s、流速为2 mL/min以及体系反应温度为40～50℃)下，Pb和Zn的残留率分别降至3%和0.1%以下。

2 展望

垃圾焚烧发电行业在我国的快速发展，促进了垃圾焚烧技术的日趋成熟。焚烧飞灰的不断增加与环境保护之间的矛盾不断加剧，飞灰的资源化利用成了一个亟待解决的问题，更将成为今后飞灰处理的必然要求和趋势。目前，有一些技术已经成功进行商业应用，适用性强、稳定性高、处理成本低及资源化利用将成为未来飞灰处理技术的发展方向。