城市生活垃圾焚烧飞灰的处理与处置方法

庞瑞华，查甫更，金 苏，汪 飞

(安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232000)

截止到2018年我国垃圾焚烧无害化处理厂已达到331座，处理量可达10184.9万吨/年[1]，占无害化处理总量的45.13%。飞灰作为垃圾焚烧副产物，因富含大量可浸出重金属和痕量二噁英，已列入《国家危险废物名录》，《生活垃圾焚烧控制标准(GB18485-2014)》规定生活垃圾焚烧飞灰应按危险废物进行管理，为避免飞灰对环境的潜在危害，必须进行稳定化、无害化处置。飞灰的组成与生活垃圾的组成关系密切，其主要元素有Si、Ca、Al、Fe等，所含重金属量差异显著，占飞灰总量的0.5%～3.0%，其中Zn、Pb、Cu、Cr含量较高[2]。

国内外对垃圾焚烧飞灰采用的处理与处置方法主要有水泥/药剂稳定化技术；热处理技术；生物/化学提取技术和安全填埋。综合国内外研究现状，对飞灰处理与处置方法进行概述。

1 水泥/药剂稳定化技术

1.1 水泥固化技术

水泥固化技术是将废物和水泥混合，经水化反应后形成坚硬的水泥固化体，从而达到降低废物中危险成分浸出的目的。水泥固化法具有工艺设备简单、材料来源广泛、易于操作等优点，但水泥固化后增容比达1.5～2.0[3]，不利于后期填埋，而且氯会影响铬、铝等金属在固化产物中的保留能力，导致这些金属浸出[4]。

1.2 药剂稳定化法

药剂稳定化法是指利用化学稳定剂与飞灰中的有毒有害物质(主要是重金属离子)反应，生成沉淀或交联稳定的络合物，以降低其溶解性和迁移性的技术[5]。药剂稳定化法处理后，飞灰增容增重比小，重金属稳定，不易被酸再次浸出，是处理重金属含量高的固体废物的最佳技术之一[6]。药剂稳定化法的关键是稳定剂的选取，常用的稳定剂可分为无机药剂和有机药剂两大类。无机药剂主要有：磷酸盐[7]和硫化物等，然而无机药剂通常只针对一种重金属具有稳定作用。有机螯合剂利用高分子链上的官能团与重金属离子通过价键络合形成交联的稳定化合物，无害化程度普遍高于无机药剂[9]。有机药剂与飞灰中重金属结合改变其重金属形态分布，即使在强酸强碱条件下也能避免渗出，但会产生高浓度无机盐废水且飞灰仍是散状，比表面积大，二噁英有可能溶出[11]。

由于单一无机药剂很难达到理想的处理效果，有机药剂价格高等缺点，现阶段，多元复配药剂以及固化/稳定化技术已经成为研究热点。王金波等[12]对无机药剂、有机药剂以及无机-有机复合药剂分别进行了研究，发现单一的有机或无机药剂并不能满足处理要求，而有机-无机药剂组合均能达到生活垃圾填埋场浸出毒性的要求。刘彦博[13]对水泥固化以及水泥-TMT药剂联合处理进行研究发现，添加TMT药剂固化实验组的重金属的浸出浓度远低于未添加药剂的实验组，且固化养护28天后，添加药剂的实验组Pb的浸出浓度为0 mg/L。

2 热处理技术

2.1 熔融固化技术

熔融固化技术是指在1200 ℃以上的高温下，对固体废物进行熔融，生成熔融炉渣，使废物中的有害物质稳定。经过熔融后，飞灰中的二噁英等有机污染物受热分解；飞灰中所含的沸点较低的重金属盐类，少部分发生气化现象，大部分则转移到玻璃态熔渣中，极大地降低了重金属溶出的可能性[14]。熔融固化技术的固化效果好，熔渣可重复利用，但能量消耗巨大，且熔融过程中，飞灰中的重金属及无机盐易挥发使得后续处理困难[15]。有学者发现当CaO/SiO2降低，易挥发重金属如Pb、Cd的固定率呈上升趋势[16]。周宇等[17]发现较高的氯含量会加剧重金属的挥发，而惰性气体能够抑制金属氯化物的挥发。

2.2 水热处理技术

水热处理技术即于水热条件下利用Al、Si源在碱性条件下合成硅铝酸盐矿物，将重金属稳定与矿物中[18]。水热处理不仅能够在较低的温度(150～200 ℃)下固化飞灰，而且可以大量处理飞灰[19]。王宇峰等[20]发现水热反应后的医疗垃圾焚烧飞灰中的重属形成具有稳定结构的硅铝酸盐，飞灰浸出液中的重金属降低了90%。

3 生物/化学提取技术

生物/化学提取技术是利用生物淋滤法或化学提取法将重金属从飞灰中分离出来，从而实现重金属的回收和飞灰的资源化利用。生物淋滤技术是指利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不相溶成分分离浸提出来的一种技术[21]。张瑞昌等[22]用利用硫氧化和硫还原菌淋滤飞灰后，飞灰中Cu、Zn和Cd的去除率分别达到47.3%、72.9%和75.8%。

化学提取法是通过加入特定的化学药剂将飞灰中的重金属提取出来，从而达到回收的目的。常用的浸提剂有：硝酸、盐酸、硫酸以及螯合剂等。灰分性质、pH和液固比是影响飞灰中重金属提取的重要因素[23]。林涛[24]等分析比较了盐酸、硫酸和硝酸对飞灰中重金属的浸出率及浸出浓度的影响，确定盐酸为最佳浸提剂，浸出厚飞灰中重金属浓度都低于《生活垃圾填埋场控制标准》。

4 安全填埋法

安全填埋法是将垃圾焚烧飞灰简单处理达到填埋场要求后送入安全填埋场进行填埋。何品晶[25]发现含水率在20%时，有利于安全填埋。安全填埋法简单易行，但并不能促进飞灰资源化利用，而安全填埋场的建设和运行费用也居高不下，安全填埋法已不是最佳的飞灰处理方法。

5 结 语

目前，我国对生活垃圾焚烧飞灰中重金属的研究集中在传统的重金属处理方法，虽然传统重金属处理方法应用广泛，但是对于处理后飞灰资源化问题、浸出液中重金属处理方法以及不同重金属浸出条件难统一等问题尚未有解决办法，且研究规模以实验室和小型反应器为主。新型重金属处理技术如水热处理技术虽然可以大规模处理飞灰，但是存在能耗高、不经济等问题，很难大规模投入使用。因此，研究新型有效、经济节能，适合我国国情的重金属处理技术成为未来研究重点。