生活垃圾焚烧飞灰处理技术
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生活垃圾焚烧飞灰处理技术
摘要：现如今，生活垃圾是人们非常关注的问题，这也促进了生活垃圾焚烧的快速发展，生活垃圾焚烧飞灰的产生量快速增长，飞灰的处置问题成为制约生活垃圾焚烧厂稳定运营的因素之一。固化稳定化填埋是目前应用较为广泛的飞灰处置技术，资源化处置尚处于工程化的早期，相关法律法规亟待出台，规范行业发展。
关键词：生活垃圾；焚烧飞灰；处理技术
引言
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。
1生活垃圾飞灰处理概述
1.1现阶段飞灰处理技术对比
焚烧飞灰处理的技术包括固化措施、资源化措施等内容，熔融就是将焚烧飞灰液化，保持一段时间，冷却之后能够制成玻璃状产品。这种设备的建设和运行会消耗较多的费用，而且会消耗较多的能源，在进行熔融后会产生更加毒性的熔融飞灰，包括高浓度的重金属以及二噁英，水泥固化的成本比较低，但是会显著增加飞灰的体积。安全填埋主要就是在进行预处理之后，焚烧飞灰可以在安全填埋场中临时安全储存。不过随着环保需求持续提升，垃圾填埋场的数量也越来越少，并且建设成本也在显著提升，大多数的地方没有满足需求的土地来建设填埋场，但可以选择其他措施来进行代替。飞灰资源化再利用措施属于现阶段一个热点内容，能够满足现阶段绿色生态可持续发展需求。其中砖瓦和水泥原料以及熟料都能够在建筑材料的生产中进行使用。不过受到了生产技术以及环境因素的影响，还是比较容易产生问题，需要深入地进行研发，但推广意义比较小。
1.2我国垃圾焚烧飞灰处理使用情况
我国开始持续提升垃圾焚烧污染物排放标准，且可以达到国际上先进的水平。环境风险管理以及环境污染防控属于城市垃圾焚烧处理的一个比较重要的部分，现阶段在处理飞灰后，主要就是对于填埋场以及深埋矿的加固以及稳定，实现对于飞灰的转化，完成对于建筑材料的制备。焚烧飞灰固化之后借助危废填埋场来进行安全填埋是比较安全的，不过这样会增加每吨废弃物的处理成本，严重的话会超出垃圾焚烧每吨的投标价格。飞灰固化稳定之后，进入危险废物安全填埋场的处理措施，无论处置能力还是经济成本都很难顺利实施，我国在这方面还是缺少充足的实践经验和研究经验。
2垃圾焚烧飞灰的致毒原因分析
2.1二噁英 二噁英是一类性质非常稳定的亲脂性剧毒固体化合物，其对土壤环境亲和，易在生物体中积累，具有很高的持久性和累积性，经食物链的放大可对人类健康造成严重的危害。二噁英类物质是一类三环芳香族有机物，其毒性与氯原子的取代位置有关，毒性最强的是2，3，7，8四氯代二苯并对二噁英，其毒性相当于砒霜的900倍，具有较高的致癌、致畸、致突作用。国际癌症中心已将二噁英列为人类一级致癌物。
2.2重金属
垃圾焚烧飞灰中所含重金属主要有铅、镉、铬、铜、锌等，相关研究表明这些重金属主要以可交换态和碳酸盐结合态的形态存在，在环境中遇水浸沥，或酸性条件下很容易被浸出，如此将对自然环境和人体健康产生深远的影响。
3目前垃圾焚烧飞灰处理的研究进展
3.1水泥固化技术
水泥固化技术是利用水泥的水化过程中的物理化学反应使飞灰中的重金属固化于水泥水化反应生产的水化硅酸盐中，固化后一般呈氢氧化物或络合物等形态。水泥固化技术是目前国际上最常用的危险废物固化技术，美国环保署在20世纪末使用水泥进行废弃物填埋前的固化处理大量有毒有害废弃物。利用垃圾焚烧飞灰与水泥成分相近的特点，有研究表明可在混凝土制备中采用飞灰替代部分水泥以实现资源化利用。在混凝土中添加垃圾飞灰作为辅助材料，飞灰可替代一定比例的水泥并达到相似的耐压强度。为加强飞灰中重金属的稳定效果，还可以在固化时进行一定的预处理，如水洗或添加螯合剂等，通过预处理后，重金属稳定性可进一步提高，水泥添加量可进一步减少，有较好的减量化和稳定化效果。水泥固化技术目前在全世界范围内应用广泛，也是我国目前生活垃圾飞灰主要处理技术，其优点在于原料丰富、工艺成熟、操作简便、成本低廉等，但缺点也很明显，主要表现在：需加入水泥进行固化，增加固化后体积，不利于减量化；飞灰中二噁英固化后依然存在，无法实现降解；部分重金属固化后稳定性不佳，易受酸性介质侵蚀；固化消耗大量水泥，不利于碳减排等。
3.2化学药剂稳定技术
化学药剂稳定技术是利用化学药剂生成难溶、稳定的化合物，以此阻断飞灰中重金属的析出，将飞灰中有毒有害物质稳定化后使其溶解性、迁移性及毒性物质降低到安全程度的过程。化学药剂一般包括有机药剂和无机药剂，有机药剂主要是鳌合高分子物质，无机物目前主要采用硫化物、硅酸盐、石灰和磷酸类药剂，根据选用药剂的不同，其固化效果也各不一样。20世纪末，在实验室合成多胺类有机螯合剂，使用该螯合剂可使飞灰中的重金属浸出减少达97%以上，相比Na2S和石灰等无机化学药剂其稳定固化效果更加显著。利用绿矾、碳酰二氢钠、TMT-18和碳酰肼对飞灰进行稳定化研究，结果表明配合使用无机药剂和有机螯合剂相比单独使用无机药剂或者螯合剂，对飞灰中重金属的稳定化效果更加突出。化学药剂稳定化技术处理焚烧飞灰可通过改进螯合剂结构性能或选用新型螯合剂来达到强化其与飞灰中有毒有害物质化学鳌合作用的目的，从而提高固化终产物的长期稳定性。
3.3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，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。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。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。
结语
现阶段，城市垃圾产生量持续增加，垃圾焚烧使用范围持续增加，需要实现对于飞灰的综合利用处置，需要确保满足处理焚烧飞灰满足无害化、可循环使用的需求。要想实现环境和经济的可持续发展，就需要充分分析焚烧飞灰的资源化使用，研究出满足中国城市固化需求的技术，做到环境需求和经济成本的平衡。
参考文献：
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