垃圾焚烧飞灰处理技术研究进展

刘绪红，李 超

（山西省生态环境研究中心，太原 030009）



垃圾焚烧飞灰处理技术研究进展

刘绪红，李 超

（山西省生态环境研究中心，太原 030009）

摘 要：垃圾焚烧飞灰是公认的危险废物，其处理处置技术的研究已成为环境领域的热点。综述了垃圾焚烧飞灰处理领域国内外的研究现状和发展趋势，对垃圾焚烧飞灰无害化处理和资源化利用技术的研究提供了参考。

关键词：垃圾焚烧飞灰；处理技术；无害化；资源化

随着社会的发展和人民生活水平的提高，我国生活垃圾的产量以每年8%～10%的速度快速增长。2013年全国仅261个大、中城市生活垃圾产生量就高达16，148.81万吨［1］。目前，我国垃圾处理的方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等。其中，焚烧处理由于减量化效果好和资源利用率高等优势已成为垃圾处理的主流工艺之一。截至2014年底，国内运行的生活垃圾焚烧厂有199座，处理能力可达18.9万吨/日［2］。但是，生活垃圾焚烧后会产生相当于原垃圾质量3%～20%的焚烧飞灰，并且飞灰在经过烟道时其表面不但会富集高浓度的重金属，如Pb、Hg、Zn、Cd等，还会吸附焚烧过程中产生的剧毒、强致癌物质二英，对环境具有严重毒害作用，是国内外明确规定的危险废物。因此，如何处置基数庞大、增速极快、危害性极高的垃圾焚烧飞灰成为了亟需解决的重要课题。

本文对飞灰处置技术的研究现状及发展趋势进行了介绍，重点就各种处理技术的优势及存在的问题作了对比分析，为实际生产中垃圾焚烧飞灰处置方案的比选提供了技术参考。

1 垃圾焚烧预处理技术

垃圾焚烧飞灰处理处置技术主要有固化稳定化、水泥窑协同处置、高温熔融、水热处理等。由于我国垃圾焚烧飞灰中的氯元素含量较高，采用上述技术直接进行处理，不仅会影响重金属的固化效果，还可能腐蚀水泥窑设备，降低水泥产品的性能，因此在垃圾焚烧飞灰处理处置前必须进行预处理。

通常采用水洗和酸洗等方式脱除垃圾焚烧飞灰中高含量的氯元素及可溶性盐。通过预处理，可明显缩短固化体的凝结时间，提高固化体的抗压强度，降低固化体系的膨胀率，提高飞灰固化稳定化效果［3］。马保国［4］等对比了水、磷酸和硫酸对焚烧飞灰的预处理效果，结果显示可将原灰中氯元素含量由7.41%分别降至0.46%、0.76% 和0.64%。由此可见，水洗预处理效果优于酸洗，而且水洗过程中能降低飞灰中钙质的流失，避免引入大量的P和S等杂质元素。研究还发现，水洗过程中的最佳液固比为10 ∶ 1，水洗时间为10min。

然而，水洗预处理在除氯的同时会脱除垃圾焚烧飞灰中部分可溶性重金属，因此水洗液中含有较高浓度的可溶性氯盐和重金属离子，直接排放会污染环境。通常需要先对水洗液进行沉淀处理以去除超标重金属，然后利用结晶的方式对水洗液中高含量的氯化物进行回收利用。

2 固化/稳定化处理技术

2.1 固化技术

垃圾焚烧飞灰固化是将水泥、沥青等黏结性材料和飞灰混合，利用其水化或固化作用将重金属离子包裹进坚硬的固化体，达到阻止重金属离子浸出的目的。宋旭艳等［5］对飞灰固化体系、固化配比、固化体强度及安全性等方面进行了研究，结果显示：水泥-飞灰固化体系应用范围最广，当掺入水泥质量在40%时，固化体养护28天后的抗压强度可达10.6MPa，达到建筑材料的抗压强度要求（10MPa以上），并且随着水泥添加量的增加，固化体的强度持续升高。另外，通过预处理或添加工业废渣、矿渣等辅料的方式也可以增强固化体的环境安全性和抗压性能。

由于飞灰固化的设备简单、操作方便、处理成本低，目前已是国内外主要的飞灰处理方法之一。英国、法国、葡萄牙等发达国家主要采用水硬性黏结材料固化垃圾焚烧飞灰。但固化法需要消耗大量水泥，处理后的增容、增重大，最终填埋体积会增加1.5～2.0倍，质量约增加30%，且无法解决二英等有机物的污染问题。

2.2 稳定化技术

飞灰稳定化技术是通过稳定化药剂与垃圾焚烧飞灰中易渗滤的重金属反应，生成难溶、稳定、低毒性物质。稳定化技术的关键是稳定化药剂的选择，日本在高分子螯合剂研发技术方面相对成熟，并且有法律明确要求垃圾焚烧飞灰必须经过药剂稳定化处理后才能进行填埋处置，我国也在着力开发新型的重金属螯合剂。目前，市场上常用的稳定化药剂有硫化物、磷酸盐、石灰等无机类药剂和有机磷酸盐、有机硫药剂、壳聚糖衍生物等有机类药剂。较无机药剂，有机类药剂的稳定化效果较好，但成本较高，而且不同螯合剂对重金属的选择性也不同，因此生产中常采用药剂复配的方式处理飞灰中的重金属。陈善平等［6］采用无机磷药剂和有机硫系药剂组合处理垃圾焚烧飞灰，在保证重金属稳定化效果的基础上，可减少稳定化药剂的使用量，降低稳定化成本。

与固化技术相比，飞灰稳定化技术具有化学药剂用量少、几乎不会增加飞灰质量的优点，但是很难找到一种普遍适用的飞灰稳定化药剂，而且处理后飞灰直接填埋的长期环境安全性还需进一步验证。

2.3 固化稳定化技术

固化稳定化技术即先采用螯合剂对飞灰中的重金属进行稳定化处理，然后再利用水泥等材料对飞灰进行固化处理。采用稳定化和固定化协同作用的方式处理垃圾焚烧飞灰可减少固化稳定化药剂的用量，降低飞灰处置成本，因此已成为我国工程化应用的主要飞灰处理技术之一。刘彦博［7］等研究了先稳定化后固化的处理方法，结果表明当稳定化药剂添加量为3%、水泥添加量降至15%时，处理后的焚烧飞灰即可达到填埋场的浸出毒性要求。此外，预处理技术与固化稳定化技术结合后可降低50%左右的处理成本，使飞灰处理更加经济。

3 水泥窑协同处置技术

水泥窑协同处置是将垃圾焚烧飞灰在窑炉中煅烧，从而将有害的重金属固化在水泥熟料中。该方法运行成本低、没有灰渣二次处理而引起的污染问题、可彻底消除二英等有机物污染，实现了飞灰减量化、无害化和资源化处理。此外，由于飞灰部分替代石灰石可降低煅烧过程的消耗，减少了CO2的排放。

1997年日本［8］率先以城市垃圾焚烧飞灰为主要原料生产出了高强度水泥，拉开了水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰的工业化之路。我国利用水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰的技术起步较晚，2012年金隅琉璃河水泥公司建成了国内首条无害化处置城市垃圾焚烧飞灰的示范线，飞灰年处理能力达3万吨［9］。由于我国飞灰中的氯元素含量较高，因此进窑协同处置前一般需要进行脱氯处理，而且在水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰的过程中，易挥发的重金属及化合物会进入烟气中，需对其进行检测和控制，防止对大气造成污染。

4 其它处理处置技术

水热处理技术是一项新兴技术，是指在碱性环境下，向飞灰中添加一定量的硅源、铝源，在一定温度、压力下发生晶化形成沸石等矿物相，利用矿物相对重金属的离子交换、吸附、沉淀等物理化学作用实现飞灰的无害化处理。马晓军［10］等通过优化合成体系配比和工艺，利用飞灰合成了方钠石矿物，可使处理后的飞灰完全达到填埋场入场标准，并且残留液也达到《污水综合排放标准》（GB8978-96）的要求。研究发现，利用飞灰合成的沸石具有一定的离子交换能力，这表明飞灰合成的沸石具有很好的资源化利用价值。

“以废制废”技术是飞灰处理处置技术发展的一个新趋势。将工业生产中产生的废水、废气、固体废物等与垃圾焚烧飞灰协同处理，可同时实现无害化，达到双赢的目的。印染废水、矿山酸性废水、烟道气酸性溶液、垃圾渗滤液等均可用于生活垃圾焚烧飞灰的协同处置中，污泥、矿渣等固体废物也能与垃圾焚烧飞灰进行共处置，实现变废为宝、资源化再利用［11］。

5 结语

目前，飞灰处置技术呈现多样化的发展趋势，其中固化稳定化技术较为成熟，水泥窑协同处置技术正在普及，高温熔融技术等的研究动态不断更新，“以废制废”处理垃圾焚烧飞灰等新的发展方向也不断涌现，而且各种技术分别具有不同的优缺点。在实际工程生产中，应根据当地飞灰的特点和实际情况，充分考虑经济性、可行性和环境友好性等多方面的因素来确定垃圾焚烧飞灰的处理处置方案。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国环境保护部.2014年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报［N］.中国环境报，2015-01-05（2）.

［2］ 中国环境保护产业协会城市生活垃圾处理专业委员会.城市生活垃圾处理行业2014年发展综述［J］.中国环保产业，2015（11）：15-23.

［3］ 宋旭艳，韩静云，郜志海，等.垃圾垃圾焚烧飞灰的酸处理及其固化效果研究［J］.非金属矿，2015，38（4）：5-8.

［4］ 马保国，苏华伟，李相国，等.城市垃圾焚烧飞灰预处理技术研究［J］.武汉理工大学学报，2013，35（4）：22-26.

［5］ 宋旭艳，韩静云，吕正勇，等.预处理飞灰与水泥的固化效果研究［J］.混凝土与水泥制品，2013（11）：86-88.

［6］ 陈善平，张益，赵爱华，等.一种复合药剂处理垃圾焚烧飞灰的方法［P］.中国，201110221125.3，2012-04-18.

［7］ 刘彦博，商平，刘汉桥，等.垃圾垃圾焚烧飞灰固化/稳定化实验研究［J］.环境卫生工程，2010，18（2）：15-18.

［8］ 韩仲琦.日本水泥生态化技术的研究与开发［J］.中国水泥，2003（7）：27-30.

［9］ 崔素萍，刘宇，李琛.水泥工业协同处置与绿色转型评价［J］.中国水泥，2015 （11）：54-59

［10］ 马晓军.水热法处理生活垃圾垃圾焚烧飞灰中重金属和二英的研究［D］.杭州：2013.

［11］ 张海英.一种用生活垃圾垃圾焚烧飞灰与磷矿尾矿制成的烧结砖及其制备方法［P］.中国，201210249741.4，2012-07-19.

中图分类号：X701

文献标志码：A

文章编号：1006-5377（2016）06-0049-03

Research Development of Fly Ash Treatment Technology of Refuse Incineration

LIU Xu-hong， LI Chao
（Shanxi Research Center for Eco-environmental Sciences， Taiyuan 030009， China）

Abstract：The paper summarizes the latest research status and development trend on fly ash treatment technology of refuse incineration abroad and at home， so as to provide references for the research on the fly ash harmless treatment and resource utilization of refuse incineration.

Keywords：fly ash of refuse incineration； treatment technology； harmless treatment； recycling utilization