生活垃圾焚烧飞灰特性及重金属螯合稳定/水泥固化处理研究

文_姜微 中节能（象山）环保能源有限公司

1 我国的生活垃圾焚烧处理现状

生活垃圾无害化处理技术中，垃圾焚烧发电技术最具代表性，具有资源利用率高、节省土地资源和减容大的优势特点，是生活垃圾处理的首选技术。但是，生活垃圾焚烧会产生飞灰和副产物，如果处理不当，直接填埋会诱发土壤和水体污染，重金属超标。为了提升社会民众对生活垃圾焚烧技术的正确认知，在2010年确定了发展生活垃圾焚烧处理技术的重要性，相关争议声音大大减弱，逐步推动生活垃圾焚烧规范化发展。

2 生活垃圾焚烧飞灰处理方法

生活垃圾焚烧会产生飞灰，还会产生烟尘颗粒物、酸性气体、二噁英以及重金属挥发产物等污染物，加剧环境二次污染。烟气净化系统中对酸性气体净化处理，会产生盐类物质，二噁英和重金属挥发物则附着在烟尘颗粒上。生活垃圾焚烧的飞灰，是烟气净化后的残留物，其中包含二噁英和重金属等污染物，相较于底灰浓度更高，对环境危害性更大。因此，需要对飞灰预处理后方可进行下一个环节。

2.1 固化处理

固化处理方法是为了保证物质性质稳定，通过一定的物理和化学方法对其进行处理，借助惰性材料密封有害物质。常见的固化材料以水泥为主，还有石灰、玻璃和沥青等材料。在一定条件下通过减少有害固化废物形成氢氧化物，减少其迁移率和渗透性，进而实现无害化处理。水泥固化处理飞灰，借助水泥水化作用促使重金属吸收和沉降，将其封存在水泥中。此方式具有成本低、操作简单的优势，但增容大，飞灰中的二噁英物质无法完全去除。

2.2 高温处理法

此种方法在处理生活垃圾焚烧的飞灰中，包括熔融处理和烧结处理，前者控制处理温度在1200～1400℃范围内，后者温度则控制在1000～1200℃范围内。生活垃圾经过高温焚烧处理后，会形成致密结晶稳固的玻璃固化体，实现重金属固化。在飞灰熔融处理过程中，垃圾飞灰加热温度到1400℃时冷却，通过气体散发，其中包含很多有害物质，无机物熔融为玻璃质熔渣。此种方法优势表现在处理后的飞灰减容大，可以实现反应产物资源综合开发和利用，将其中有害物质充分去除。但同时，此方法成本高，处理浓度较大，极大的影响飞灰处理效果。

2.3 药剂和水泥协同稳定法

药剂和水泥协同稳定结合，其优势鲜明，依据配合比设计均匀搅拌混合，实现重金属离子稳定化反应，充分吸附铅、镉、锌等有害物质，借助水泥实现飞灰包容和固化处理，确保飞灰处理稳定。此种方法运行成本较低，可以实现飞灰稳定化产物增容，并且全过程操作简单、便捷。但同时，此种方式重金属稳定性不强，固化强度有所欠缺，还有待进一步与优化改进。

3 生活垃圾焚烧飞灰特性

3.1 含水率

生活垃圾焚烧飞灰是经过烟气净化系统和排放装置后得到，通过飞灰收集后筛选，但是收集过程中会有枝叶和砂砾等物质混入其中。结合实验分析，飞灰含水率大概在0.09%～30.24%范围内，多数飞灰含水率不超过10%，表明高温焚烧中飞灰水分蒸发较为完全。伴随着搁置时间延长，飞灰数量将会随之升高，主要是从周围环境中所汲取水分。

3.2 飞灰表面形态

一般情况下，飞灰表面有灰色、灰白色、深灰色和棕色，多数飞灰颜色趋近于灰色，飞灰颜色变化同自身特性，以及净化过程中的石灰投加量因素联系密切，焚烧效率较高的飞灰为白色，燃烧效率偏低的飞灰则表现为灰黑色。

3.3 pH值

飞灰pH值大约为9～12之间，是由于生活垃圾焚烧飞灰中含有大量重金属、酸性气体以及含钙化合物，焚烧产生的金属氧化物以及碳酸盐物质，一定程度上会增强飞灰碱性特点。另外，飞灰中的碱金属元素受到酸性溶液影响，这些碱金属化合物会形成pH缓冲体系，具有相应的酸中和能力。

3.4 主要成分

飞灰中的主要成分包括SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3等，同时飞灰中也要少量的盐类物质。飞灰中当属CaO含量最高，是由于垃圾焚烧发电主要是借助石灰净化吸收烟气酸性气体导致，飞灰具有一定水硬性特点。飞灰的矿物构成多数为重金属物质。

4 稳定固化焚烧飞灰工艺

4.1 水泥固化处理

4.1.1 水泥固化机理

硅酸盐水泥中包括铁铝酸四钙、硅酸三钙以及硅酸二钙等物质，还有少量的石膏和矿物质。水泥遇水后，C2S和C3S同水发生水花反应，会产生C-S-H，并且会析出Ca（OH）2，C2A和是高反应，会产生低硫型氯酸钙和钙矾石等物质，反应公式如下。水泥中成分多样，并非是同一时间水化，因此时间会影响到抗压强度，伴随着时间延长，抗压强度随之升高，加快氯酸盐的水化速度。

4.1.2 水泥固化对重金属的处理效果

水泥添加量不同，对飞灰的重金属物质处理效果有所不同。飞灰中的Cu、Cd、Ni、Pb和Zn等重金属物质，水泥固化处理后，飞灰中的Cu、Cd、Pb和Zn等重金属物质浸出浓度下降明显，其中Cd和Zn、Pb重金属物质进出浓度下降趋势最为明显。由此看来，水泥添加量越多，飞灰浸出毒性越小，通过加入水泥可以高效处理Zn重金属物质，具有较强的固化效果。

4.1.3 飞灰固化处理后抗压强度

飞灰经过固化处理后，需要占用一定土地资源堆积放置，因此底层固化体需要具备较强的支撑力，才可以维持这一状态不变，抗压强度不足，固化体会破碎、坍塌，进而影响到最终的固化效果。

4.2 螯合剂协同水泥固化/稳定化

如果水泥添加量保持恒定，加入的螯合剂用量越多，飞灰处理效果越高，其中当属DTC和水泥协同稳定效果最佳。选择硫化钠和DTC配置形成的螯合剂，具有复合性质，协同水泥处理生活垃圾产生的飞灰物质，动态调整复合螯合剂用量，最终所取得的飞灰处理效果也是不尽相同的。需要注意的是，单一螯合稳定与水泥固化处理的飞灰，即便可以对飞灰重金属物质起到稳定/固化作用，但浸出浓度并不符合填埋处理标准。因此，可以选择药剂对重金属螯合作用和水泥水化产物包裹作用下，实现飞灰中重金属物质稳定固化处理，充分发挥螯合剂协同水泥固化/稳定化优势作用，切实处理飞灰处理效果。

5 结语

生活垃圾焚烧会产生大量的飞灰，其中含有一定的有毒有害物质，需要选择最佳的处理方法，通过螯合剂协同水泥固化/稳定化处理方法，确保处理后的飞灰符合填埋标准，实现垃圾无害化处理。