垃圾焚烧飞灰的经济环保处置探讨

2020-11-27么敬静

商品与质量 2020年2期

么敬静

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随着我国城镇化进程的不断推进，生活垃圾产量继续增加。目前，城市生活垃圾主要有填埋和焚烧2种处置方式。垃圾焚烧由于其减量化优点突出，近年来发展迅速，飞灰产量也持续升高。焚烧飞灰中重金属含量高，处置不当易造成二次污染。《国家危险废物名录》（2016）危险废物豁免管理清单中，生活垃圾焚烧飞灰（772-002-18）在处置环节，满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008)中要求可进入生活垃圾填埋场填埋。在《国家危险废物名录》（2016）出台前，垃圾焚烧飞灰是作为危险废物管理处置，2016年后多先稳定化后进入生活垃圾填埋场。

飞灰在进入生活垃圾填埋场前需要进行稳定化处置，常见的稳定化处理方式包括水泥固化、沥青固化、螯合剂稳定化等，其中螯合剂稳定化因其增容小、抗浸出效果佳，应用最为广泛[1]。

1 垃圾焚烧飞灰的产生及其基本性质

垃圾焚烧飞灰一般呈深灰色或灰白色，颗粒粒径介于4-100μm，挥发性重金属及其化合物在烟气冷却过程中极易吸附在飞灰颗粒表面。从大部分垃圾焚烧飞灰的组成元素上看，Si、Ca和Al为主要元素，且在有些情况下还含有较多的K、Cl、Ti、Fe和Na等元素。统计数据表明，飞灰主要成分包括CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3、Cl、Na2O、K2O，属 CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3体系。飞灰中含有大量的重金属元素和二噁英。

2 灰的经济环保处置技术

2.1 飞灰处理的固化稳定化法

垃圾焚烧中飞灰的固化稳定化处理通常包括水泥固化、熔融固化和化学药剂处理等。水泥固化技术指的是利用水泥、添加剂和危险飞灰废物、水进行混合，经过一定时间的固化养护，从而形成结实坚硬的固化物质，最大限度地降低飞灰中重金属物质的渗出。这个技术的基本反应原理是利用水泥的水化反应，降低飞灰的比表面积，减少有害物质发生渗透的概率，最终真正实现飞灰的稳定、无害处理。水泥固化技术的优点是原材料简单易得，工艺设备操作方便，固化条件较低，是现阶段垃圾焚烧飞灰处理比较常用的一种技术。它的缺点是由于固化形成的物质具有较大的分子空隙，所以在处理一些重金属时，效果不够理想，最终导致形成的处理物达不到国家填埋标准，影响垃圾焚烧飞灰的处理效果。

熔融固化法也叫玻璃化技术。这项技术使用的主要工艺设备是高温电弧炉，利用高温把待处理的飞灰进行熔融处理，最终形成玻璃状硅酸盐，阻碍有害易溶物质的溶出。这项技术的反应原理是通过熔融处理，减少垃圾焚烧中飞灰的体积，对重金属的固定处理更加有效，进而保证重金属的稳定保存。

化学药剂法，顾名思义指的是在垃圾焚烧飞灰中加入一定的化学药剂来实现污染物的处理，把其中的有害物质由高污染物质转变成低污染物质。由于化学药剂处理方法不会导致飞灰体积增加，所以大大提升了飞灰无害处理的效率，降低由于处理不合格而进行二次处理所带来的经计损失。但是，由于不同垃圾中存在的重金属和污染物种类、形态不同，所以不能仅用一种化学药剂处理全部有害物质，在垃圾飞灰处理中具有一定的局限性[2]。

2.2 焚烧飞灰的分离萃取

2.2.1 水洗法

水洗法是利用溶解性的差异使有害物质可以溶解在水中从而被分离，通过除去水层而去除有害物质的方法。利用水洗法脱除飞灰中的氯化物，可作为固化稳定化处理的预处理，既能减少重金属元素的含量，又可以提高固化体的品质，为后续飞灰的资源化处理以及大规模利用提供基础。用水洗法处理飞灰的同时，水洗溶液中会存在浸出的重金属，随意排放会污染水体和土壤，造成二次污染，因此水洗法的水洗液需要经过处理后达标排放。

2.2.2 生物/化学浸提

浸提工艺是将飞灰中的重金属转移至液体后分离并且回收利用，以此降低飞灰的毒性，使飞灰可以作为一般固体废物进行处理处置或者作为建筑材料被二次利用。生物淋滤主要利用特定微生物直接或间接地改变重金属元素的溶解度，使其从固相中溶解到液相中，再通过其他方法对重金属进行收集。化学浸提是利用药剂与飞灰发生化学反应，将重金属浸出到溶液中，再经过其他处理方法收集重金属并且回收。浸提法处理飞灰可以明显减少飞灰中重金属的浸出毒性，操作方法简单，所需成本低。但当前生物滤淋技术具体处理工艺并不完善，相关的反应器也比较落后，不能达到理想的生物滤淋处理效果。

2.2.3 电化学法

电化学技术是利用电势使处理过程中氧化还原、电解、微电解等作用同时或者交替进行，使飞灰中的金属离子在两极发生氧化/还原反应，生成沉淀，从而将飞灰中的重金属去除并回收。与其他方法相比，电化学法处理重金属无需加入过多的化学药品，去除效率高，并且后续处理简单，管理方便，占地面积小，污泥量少。但是在实际处理过程中需要消耗电能，能源消耗大，经济成本过高。

2.3 矿渣胶凝体系固化稳定化垃圾焚烧飞灰

目前利用飞灰等固体废弃物制备建筑材料和胶结充填采矿的充填材料，进一步提高大宗固废利用量和利用价值是当前研究的热点。

水化产物之间相互黏结及包裹使得浆体结构致密，能吸附和包裹更多的重金属离子和二噁英，垃圾焚烧飞灰中大量的氯化物与胶凝材料中的CaO、活性Al2O3等物质发生水化反应生成层状水铝钙石等，可对氯离子产生较强的稳定束缚作用，缓解了垃圾焚烧飞灰中氯离子的存在对重金属的固化以及抗压强度所产生的负面影响问题[3]。