生活垃圾焚烧厂飞灰固化方法的优化研究

闵海华，韩正平，刘淑玲

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

生活垃圾焚烧厂飞灰固化方法的优化研究

闵海华，韩正平，刘淑玲

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

通过试验研究分析了南方某城市生活垃圾焚烧厂产生的飞灰固化用的螯合剂和水泥配比，优化试剂选用。结果表明：随着水泥配比的增加，试块的无侧力抗压强度和耐磨性显著提高，膨胀系数相对减小；试用的螯合剂在同一配比，即飞灰∶螯合剂∶水泥为100∶2∶10试验条件下，二恶英检测结果均符合国家标准要求。

垃圾焚烧；飞灰；固化/稳定化；水泥

目前飞灰的无害化处理技术有水泥固化、药剂稳定化、熔融、酸提取等［1］，其中应用较普遍的是水泥固化和药剂稳定化2种方法。笔者通过对南方某生活垃圾焚烧厂飞灰的固化处理进行试验研究，以寻求稳定配伍和固化方法，为国内同类项目提供借鉴和经验。

1 飞灰固化试验

目前市场上使用的药剂主要为螯合剂，由于飞灰性质和螯合剂种类不同，药剂的投加量有所差异。一般有机螯合剂添加量为飞灰量的1%～3%，飞灰处理价格为500～800元/t。一般情况下，水泥、有机螯合剂、飞灰、水的投加比例为10～20∶1～3∶100∶20～30。

1.1 飞灰固化试验方案

试验用垃圾焚烧飞灰为南方某生活垃圾焚烧厂的布袋飞灰。

1.1.1 固化试验仪器和试剂

分析检测仪器主要有原子吸收光谱仪、分光光度计、振荡器等；分析检测试剂主要有硼酸、盐酸、醋酸、Diethylene Glycol、酒石酸，无水碳酸钠、高氯酸、正己烷、二氯甲烷等。

1.1.2 固化试验方法

根据原状飞灰性状，结合目前常用稳定化固化药剂的优劣，初步选择4种药剂进行稳定化固化试验：日本东曹（螯合剂1）、苏州大学（螯合剂2）、天津壹鸣（螯合剂3）、中鼎化工（螯合剂4）。并采用32.5＃硅酸盐水泥作固化试验，固化养护时间均为7 d。固化体破碎后作浸出试验。

根据对原状飞灰的重金属浸出毒性数据（见表1），稳定化实验只需检测浸出液中超标元素镉和铅是否合格即可。

表1 原状飞灰重金属浸出数据 mg/L

分别加入0.5%、1%、2%的螯合剂1、2、3、4和10%的水泥对原状飞灰进行稳定化处理。稳定化后进行毒性浸出，浸出液中超标元素——镉和铅检测结果分别见表2～5。可见，螯合剂1、3、4加量2%时，稳定化飞灰毒性浸出合格，螯合剂2加量1%时，稳定化飞灰毒性浸出合格。

表2 螯合剂1稳定化浸出数据 mg/L

表3 螯合剂2稳定化浸出数据 mg/L

表4 螯合剂3稳定化浸出数据 mg/L

表5 螯合剂4稳定化重金属浸出数据 mg/L

考察不同原料配比下，添加不同螯合剂对浸出液中重金属浓度的影响，本试验采用3个不同的原料配比，分别为飞灰∶螯合剂∶水泥为100∶2∶10，飞灰∶螯合剂∶水泥为100∶2∶15，飞灰：螯合剂∶水泥为100∶2∶20。考虑添加2%的螯合剂，飞灰重金属浸出均合格，故所有配比中螯合剂的添加量为2%。

1.2 固化试验结果与讨论

1.2.1 试验结果

不同配比的样品编号如表6所示。

表6 不同配比样品编号

飞灰固化试块的耐压性、耐磨性、膨胀系数、粒径组成、含水率、pH、重金属浸出量（采用GB 16889—2008检测方法）、氰化物和无机氟化物（不包括氟化钙）以及固化飞灰的多环芳烃检测结果分别见表7～15。

表7 飞灰固化试块的无侧压抗压强度 N/cm2

表8 飞灰固化试块的耐磨率

表9 飞灰固化试块的膨胀系数

表10 飞灰固化试块的粒径组成（平均值） %

表11 飞灰固化试块的含水率（平均值）

表12 飞灰固化试块的pH（平均值）

表13 固化试块的重金属毒性浸出率 mg/L

表14 固化飞灰的氰化物和无机氟化物 mg/L

表15 固化飞灰的多环芳烃 mg/kg

1.2.2 结果分析与讨论

在试验范围内原料配比（飞灰/水泥）对固化试块的物理性指标影响较大。随着水泥配比的增加，试块的无侧力抗压强度和耐磨性显著提高，膨胀系数相对减小。不同螯合剂在同一原料配比即飞灰∶螯合剂∶水泥为100∶2∶10试验条件下，二恶英检测结果均小于国家标准要求。飞灰固化试块的重金属毒性浸出均满足GB 16889—2008限值要求。同时，飞灰的固化也有利于多环芳烃的稳定化。

1.3 固化试验小结

本次飞灰中重金属含量较高，其中Pb和Cd的浸出浓度超出了GB 16889—2008生活垃圾填埋场污染控制标准限定值。通过实验结果可总结得出：①水泥固化对重金属稳定化效果显著；②养护时间对飞灰的固化成品强度有很大的影响；③对比4种螯合剂的稳定化效果以及螯合剂选用难易程度，选择螯合剂2和4。

2 飞灰固化方法的优化试验结论与建议

1）原状飞灰重金属浸出主要超标指标为铅和镉，原状飞灰氰化物和无机氟化物浸出量满足GB 18598—2001危险废物填埋污染控制标准，原状飞灰二恶英含量满足生活垃圾填埋场入场标准。

2） 采样的固化飞灰，按GB 16889—2008的浸出方法，其重金属浸出量满足生活垃圾填埋场入场限值要求。

3）现有固化飞灰不成块状，且机械强度低。4） 建议固化最佳配比飞灰∶螯合剂∶水泥（32.5＃硅酸盐水泥）为100∶2∶10。

［1］张帆，王风贺，郝昊天，等.SGA对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化性能研究［J］.环境工程学报，2014，8（2）：709-715.

Optimization Experiment of Fly Ash Solidification Method in Municipal Solid Waste Incineration Plant

Min Haihua，Han Zhengping，Liu Shuling
（North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin 300381）

Based on the experimental study，the ratio between chelating agent and cement for the solidification offly ash generated in the MSW incineration plant in the developed areas in south China has been analyzed.And the selection of reagents wasalso optimized.The results showed that the compressive strength and wear resistance of the test block were improved obviously，the expansion coefficient decreased relatively with the increase of cement ratio；under the test condition of the same ratio of the chelating agent，fly ash:chelating agent:cement was 100∶2∶10，the test results of dioxin met the requirements of the national standard.

waste incineration；fly ash；solidification/stabilization；cement

X705

B

1005-8206（2017）01-0027-03

闵海华（1979—），在读博士，高级工程师，现任中国市政工程华北设计研究总院第三设计研究院副院长兼总工程师（同时兼华北市政总院副总工程师），入选天津市“131”第一层次，主要从事生活垃圾处理、工业危废处理和餐厨垃圾资源化处置等工作。

2017-01-12