垃圾焚烧飞灰协同无害化处理研究

汤小平

（广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广东广州 510440）

0 引言

垃圾焚烧是一种常见的垃圾处理方法，通过高温燃烧将垃圾转化为灰渣和烟气。然而，这种处理方式产生的飞灰却成为一个严重的环境问题。飞灰中含有大量的有害物质，如重金属、有机物和危险化学物质等，对环境和人类健康造成潜在风险。为了解决这一问题，研究人员开始致力于开发一种协同无害化处理飞灰的方法。协同无害化处理是指通过多种技术和方法的组合，将飞灰中的有害物质转化为无害物质或降低其对环境和人体的危害程度。这种处理方式不仅可以减少飞灰对环境的污染，还可以实现资源的回收利用，提高垃圾焚烧的可持续性[1]。

本文旨在综述目前关于垃圾焚烧飞灰协同无害化处理的研究进展。首先，介绍飞灰的组成和有害物质的特点，以及其对环境和人体的潜在危害。其次，探讨目前常用的飞灰处理方法，包括固化、稳定化和资源化利用等。再次，重点介绍协同无害化处理飞灰的新技术和方法，如化学修饰、热处理和微生物降解等。最后，总结目前的研究进展和存在的问题，并提出未来研究的方向和展望。通过本文的研究，希望能够提高垃圾焚烧飞灰处理的效率和无害化程度，为环境保护和人类健康提供有益的参考。同时，也希望能够引起更多研究人员的关注和重视，共同推动垃圾焚烧飞灰协同无害化处理技术的发展[2]。

1 飞灰的来源

垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧过程中产生的固体废弃物。垃圾焚烧通过高温燃烧将垃圾转化为灰烬和烟气，在这个过程中，垃圾中的有机物质被分解，产生大量的热能，用于发电或供热。同时，垃圾中的无机物质也会被氧化，形成固体废弃物，即垃圾焚烧飞灰。垃圾焚烧飞灰的成分主要包括金属、玻璃、陶瓷、矿物质等无机物质，以及少量的有机物质和其他杂质。这些飞灰通常需要经过处理和分类，以减少对环境的影响，并确保其安全处理和处置[3]。

2 飞灰的特性

垃圾焚烧飞灰含有高浓度的重金属和有机物。这些重金属包括铅、镉、汞等，它们对环境和人体健康有潜在的危害。有机物方面，垃圾焚烧飞灰中含有多种有机化合物，如多环芳烃和二噁英等，这些也是致癌物质。以常规炉排炉生活垃圾焚烧为例，其产出飞灰化学成分如表1 所示。此外，垃圾焚烧飞灰还具有一定的毒性和腐蚀性，对土壤和水体造成潜在的污染风险。因此，正确处理和处置垃圾焚烧飞灰以减少对环境和人类健康的潜在影响是非常重要的。

表1 焚烧生活垃圾产生的飞灰化学成分

3 飞灰带来的环境风险

垃圾焚烧带来了一些环境风险，其中之一就是垃圾焚烧飞灰的问题，产生的飞灰含有大量的有害物质，如重金属、有机物和毒性物质等。这些有害物质会对环境造成严重的污染。重金属具有高度的毒性和持久性。当这些重金属进入土壤和水体中，会对生态系统和人类健康造成潜在的危害。有机物和毒性物质可能会通过空气传播，对周围的居民和生态环境产生负面影响。这些物质会引发呼吸系统疾病、癌症和其他健康问题。处理飞灰需要采取特殊的措施，以确保其不会进一步污染环境。然而，目前对于垃圾焚烧飞灰的处理方法还存在一定的局限性，需要进一步的研究和改进[4]。

4 常用飞灰协同无害化处理及资源化利用技术

4.1 固化/稳定化技术

4.1.1 水泥固化技术

水泥固化技术通过将垃圾焚烧飞灰与水泥、石灰等固化剂混合，形成固体块状物质。这种固化物质具有较高的强度和稳定性，能够有效地固定飞灰中的有害物质，防止其释放到环境中。水泥固化技术的优点在于操作简单、成本低廉，并且可以将垃圾焚烧飞灰转化为可利用的资源。固化后的飞灰可以作为建筑材料的掺合料，用于生产水泥制品、砌块等。同时，固化后的飞灰还可以用于填充土壤、修筑道路等工程，实现资源的循环利用。然而，水泥固化技术也存在一些问题，如固化过程中可能产生二氧化碳等温室气体，对环境造成一定影响。因此，在应用水泥固化技术时，需要合理控制固化剂的用量，减少对环境的负面影响。通过该技术，可以将垃圾焚烧飞灰转化为可利用的资源，减少对环境的污染，实现垃圾资源化利用的目标[5]。

4.1.2 化学药剂稳定化技术

化学药剂稳定化技术通过添加化学药剂，将垃圾焚烧飞灰中的有害物质与药剂发生化学反应，使其转化为稳定的化合物或固体物质。这种技术能够有效地固定飞灰中的有害物质，防止其释放到环境中，从而实现飞灰的无害化处理。优点在于处理过程简单、操作方便，并且能够将垃圾焚烧飞灰转化为稳定的物质，减少对环境的污染。稳定化后的飞灰可以用于填埋场的覆盖层，或者作为建筑材料的掺合料，实现资源的循环利用。但是药剂的选择和添加量的控制需要谨慎，以避免对环境和人体健康造成负面影响。此外，稳定化后的飞灰仍然需要进行妥善的储存和管理，以防止再次释放有害物质[6]。

4.2 热处理技术

4.2.1 烧结技术

烧结技术通过将飞灰与适量的添加剂进行混合，并在高温下进行烧结，使其形成坚固的烧结体。这种烧结体具有较高的稳定性和机械强度，能够有效地固化和稳定飞灰中的有害物质。烧结技术的无害化处理过程中，还可以添加一些吸附剂和固化剂，以进一步降低飞灰中有害物质的含量。例如，添加活性炭可以吸附飞灰中的重金属离子，而添加水泥可以固化有害物质，防止其释放到环境中。除了无害化处理，烧结技术还可以实现垃圾焚烧飞灰的资源化利用。烧结体可以作为建筑材料的原料，用于生产砖块、砌块等建筑材料。同时，烧结体中的有机物质也可以通过热解等方法进行回收利用，用于能源生产或化学工业。通过该技术，可以将垃圾焚烧飞灰转化为有用的建筑材料，并减少对环境和人体健康的影响。

4.2.2 熔融/玻璃化技术

熔融/玻璃化技术通过将飞灰与适量的玻璃形成剂混合，并在高温条件下进行熔融处理，使得有害物质和重金属被固化在玻璃基质中。这样处理后的飞灰具有较好的稳定性和无害性，可以有效地防止有害物质的释放和渗漏。经过处理后的飞灰可以用作建筑材料的添加剂，用于生产水泥、砖块等产品。此外，飞灰中的某些金属元素也可以被回收利用，例如铁、铝等。通过该技术，可以将有害物质固化在玻璃基质中，实现飞灰的无害化处理，并将其转化为有用的资源，减少对环境的污染。

4.3 分离萃取技术

4.3.1 生物浸提技术

生物浸提技术利用微生物的生物活性，通过浸提过程将飞灰中的有害物质和重金属转化为无害物质或可回收利用的物质。具体而言，通过添加适当的微生物和营养物质，利用微生物的代谢活性和酶的作用，可以将飞灰中的有害物质溶解或转化为无害物质。同时，该技术还可以将飞灰中的有机物质转化为有机肥料或生物能源。该技术能够高效地去除飞灰中的有害物质和重金属，从而降低其对环境的污染，可以将飞灰中的有机物质转化为有机肥料或生物能源，实现资源化利用。生物浸提技术操作简单，成本低廉，适用于大规模的工业应用。这一技术的应用将有助于减少垃圾焚烧对环境的污染，促进可持续发展。

4.3.2 化学浸提技术

化学浸提技术利用化学试剂与飞灰中的有害物质和重金属发生反应，将其转化为无害物质或可回收利用的物质。具体而言，通过添加适当的化学试剂，如酸、碱或络合剂，可以与飞灰中的有害物质发生化学反应，使其溶解或转化为稳定的化合物。同时，该技术还可以将飞灰中的有机物质转化为有机肥料或生物能源。技术能够高效地去除飞灰中的有害物质和重金属，从而降低其对环境的污染。同时可以将飞灰中的有机物质转化为有机肥料或生物能源，实现资源化利用。此外，化学浸提技术操作简单，成本较低，适用于大规模的工业应用。通过利用化学试剂与飞灰中的有害物质和重金属发生反应，可以高效地去除有害物质，将有机物质转化为有机肥料或生物能源，实现资源的循环利用。这一技术的应用将有助于减少垃圾焚烧对环境的污染，促进可持续发展。

4.4 水热处理技术

水热处理技术利用高温高压的水热条件，将垃圾焚烧飞灰进行处理。在水热条件下，有害物质和重金属可以被有效地溶解和分解，从而降低其对环境的危害性。在高温高压的水热条件下，有机物质可以被分解为可燃气体，如甲烷和氢气。这些可燃气体可以用作燃料，用于发电或供热，实现资源的再利用。此外，水热处理技术还可以将垃圾焚烧飞灰中的无机物质转化为可再生材料。在水热条件下，无机物质可以被溶解和分解，形成可再生的无机材料，如氧化铝和二氧化硅。这些可再生材料可以用于制备建筑材料或其他工业产品，实现资源的循环利用。

4.5 水泥窑协同处置技术

水泥窑协同处置技术将垃圾焚烧飞灰与水泥生产过程相结合，通过将飞灰与水泥熟料一同投入水泥窑中进行烧结，实现了垃圾焚烧飞灰的无害化处理和资源化利用。在水泥窑中，高温烧结过程可以有效地将垃圾焚烧飞灰中的有害物质进行分解和转化。同时，水泥窑中的高温和碱性环境也能够促进飞灰中的重金属等有害物质与水泥熟料中的成分结合，形成稳定的化合物，从而降低了有害物质的释放风险。通过将飞灰中的无机成分与水泥熟料中的成分相结合，可以有效地提高水泥的强度和耐久性。同时，飞灰中的有机物质也可以在高温下进行热解和氧化，生成燃料气体或燃料油，进一步实现能源的回收利用。通过将飞灰与水泥熟料一同投入水泥窑中进行烧结，可以实现有害物质的分解和转化，降低环境和人体健康的风险，并实现垃圾焚烧飞灰的资源化利用。

4.6 填埋技术

垃填埋技术将飞灰与其他固体废弃物一同填埋在专门设计的垃圾填埋场中。在填埋过程中，飞灰被埋入地下，与其他废弃物一起被覆盖，形成一个密封的环境。通过填埋技术，垃圾焚烧飞灰可以得到有效的控制和管理。填埋场的设计和建设可以确保飞灰在地下得到隔离，减少了对环境和人体健康的直接影响。同时，填埋场还可以通过设置防渗层和收集系统，防止飞灰中的有害物质渗漏到地下水和土壤中，进一步保护环境。填埋技术还可以实现垃圾焚烧飞灰的资源化利用。填埋场中的飞灰可以与其他废弃物一同进行填埋，形成一个稳定的垃圾体。随着填埋场的运营时间的增加，填埋体中的有机物质会逐渐分解，产生沼气。这些沼气可以被收集和利用作为能源，实现能源的回收利用。

5 未来垃圾焚烧飞灰协同无害化处理的发展方向

未来垃圾焚烧飞灰协同无害化处理的发展方向将主要集中在引入先进的无害化处理技术，如热解、气化和固化等，可以有效降低焚烧飞灰中有害物质的含量，并将其转化为无害的物质。其次，资源化利用将成为重要的发展方向。焚烧飞灰中含有大量的金属和有机物质，可以通过适当的处理和回收技术，将其转化为可再利用的资源，如金属回收和土壤改良剂等。协同处理将成为未来的趋势，通过将不同类型的焚烧飞灰进行协同处理，可以实现资源共享和综合利用，提高处理效率和经济效益。政府应加大对垃圾焚烧飞灰无害化处理技术研发和推广的支持力度，并鼓励社会各界积极参与，共同推动垃圾焚烧飞灰协同无害化处理的发展。整体来看，未来垃圾焚烧飞灰协同无害化处理的发展方向将是技术创新、资源化利用、协同处理以及政策支持和社会参与的综合推动。

6 结语

垃圾焚烧飞灰对环境和人类健康造成潜在威胁，通过协同无害化处理技术，可以有效降低飞灰中有害物质的含量，减少对环境的污染。在协同无害化处理过程中，采用了多种方法，如化学稳定化、热处理和物理分离等，以最大限度地降低有害物质的释放和迁移。此外，协同无害化处理还可以将飞灰转化为可再利用的资源，如建筑材料和填埋场覆盖材料等，从而实现资源的循环利用。然而，需要注意的是，协同无害化处理技术仍面临一些挑战，如处理成本高、技术难度大和处理效果不稳定等。因此，未来的研究应该致力于进一步提高协同无害化处理技术的效率和稳定性，以实现垃圾焚烧飞灰的彻底无害化处理。