生活垃圾焚烧飞灰水洗过程中理化特性及二英分布规律研究＊

龙吉生，姚 挺

（上海康恒环境股份有限公司，上海 201703）

1 引言

2 实验方法

2.1 飞灰水洗实验

飞灰取自浙江省某生活垃圾焚烧厂，配备3台650 t/d 的机械炉排炉，入炉物料为生活垃圾掺烧一般工业有机固废，其中工业有机固废掺烧比为34%。采用三级水洗，每级水灰比例为3∶1（L/kg），二级、三级水灰比基准为过滤脱水后的湿飞灰质量。原灰与去离子水混合后，由搅拌桨连续搅拌10 min，静置沉降，固液分层后，提取上清液，剩余的黏稠状水灰混合物采用真空抽滤脱水，滤液与静置后提取的上清液一起收集作为洗灰废水；水灰混合物过滤得到的滤饼重复上述水洗步骤，飞灰经过3 次水洗和过滤后，滤饼放入烘箱干燥后得到水洗飞灰，混合3 次水洗后收集的洗灰废水，进行后续分析。

2.2 样品分析

3 结果与讨论

3.1 飞灰成分

水洗前后飞灰主要成分的相对含量分析结果如表1 所示，除Cl 以外，各元素均以氧化物的形式计算其相对含量。原灰主要由含Ca、Na、S、K、Si 等的化合物组成，含Ca 化合物相对含量42.11%，这与生活垃圾焚烧厂采用消石灰脱除酸性气体密切相关。Cl 的相对含量为27.03%，仅次于Ca。原灰经过三级水洗后，Cl 的相对含量则降低至1.03%，洗脱效率高达97.4%。Na、K 化合物的相对含量分别降低至0.23%和0.34%，元素Na、K 的洗脱效率分别为98.4%和95.8%。以上结果表明，飞灰中的Cl 主要与Na、K 等碱金属以可溶性氯盐的形式存在，通过水洗可实现Cl、Na、K 的高效去除。而Ca、S、Si、Al、Mg、Fe 的相对含量不降反升，主要是由于水洗去除了可溶性成分，飞灰总量减少，不溶性成分的相对含量增大。其中，Ca 的相对含量从水洗前的42.11%增加至水洗后的66.73%。推测Ca 在飞灰中以多种化合物的形态存在，主要为低溶解度化合物如CaSO4、Ca（OH）2、CaCO3，而高溶解度的成分如CaCl2则被水洗脱除。以上结果与周芳磊［15］对水洗飞灰的XRD 分析结果相一致，即水洗飞灰依然具有较强的CaSO4、CaCO3特征衍射峰，而NaCl、KCl 特征衍射峰基本消失。水洗前后，飞灰的主要成分发生了明显变化，水洗前主要由含Ca 化合物和Cl 构成，水洗后则主要以溶解性差的含Ca 化合物为主。

表1 水洗前后飞灰各成分分析（XRF）Table 1 Composition analysis of raw and washed fly ash by XRF

3.2 粒径分布

原灰和水洗飞灰的粒度分布结果见图1，比表面积及粒径分布如表2 所示。相比于原灰，水洗飞灰的粒度分布峰值强度减弱，主峰位向左偏移，呈现不对称双峰分布，且粒径分布范围较水洗前更广。粒度分布离散度（D90-D10）/D50从水洗前的2.7 增大至水洗后的4.2，表明水洗后飞灰颗粒粒径分布较为离散，80% 的颗粒粒径分布区间从水洗前的2.5～29.2 µm 拓宽至2.0～35.2 µm。比表面积从水洗前的1.25 m2/g 增加至水洗后的1.43 m2/g。粒径中位值（D50）则减小为7.9 µm，一定程度上反映了水洗后飞灰平均粒径减小的趋势。基于以上结果可知，可溶性氯盐倾向于沉积在中位值粒径附近及以下的飞灰颗粒表面。这与Guo 等［16］采用EDX 分析飞灰颗粒体相和表面成分分布得到的结果相似。飞灰颗粒表面氯盐的沉积，对飞灰颗粒的孔隙有一定的覆盖，水洗去除表面沉积的可溶性氯盐后，飞灰颗粒的孔隙打开，其比表面积增加，粒径减小。

图1 原灰和水洗飞灰的粒度分布Figure 1 Particle size distribution of raw and washed fly ash

表2 原灰和水洗飞灰的比表面积和粒径分布区间Table 2 Specific surface area and particle size distribution of raw and washed fly ash

图2 原灰、水洗飞灰和洗灰废水的二英毒性当量Figure 2 PCDD/Fs TEQ analysis of raw fly ash,washed fly ash,and washing effluent

图3 原灰、水洗飞灰和洗灰废水中二英同系物的分布Figure 3 Distributions of PCDD/Fs congeners in raw fly ash,washed fly ash and washing effluent

表3 水洗飞灰、洗灰废水中17 种二英同系物的分布率及平衡率Table 3 Distribution rate and balance rate of 17 PCDD/Fs congeners in washed fly ash and washing effluent

表3 水洗飞灰、洗灰废水中17 种二英同系物的分布率及平衡率Table 3 Distribution rate and balance rate of 17 PCDD/Fs congeners in washed fly ash and washing effluent

PCDDs&PCDFs 2,3,7,8-TCDD 1,2,3,7,8-PeCDD 1,2,3,4,7,8-HxCDD 1,2,3,6,7,8-HxCDD 1,2,3,7,8,9-HxCDD 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD OCDD 2,3,7,8-TCDF 1,2,3,7,8-PeCDF 2,3,4,7,8-PeCDF 1,2,3,4,7,8-HxCDF 1,2,3,6,7,8-HxCDF 1,2,3,7,8,9-HxCDF 2,3,4,6,7,8-HxCDF 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF OCDF总毒性当量（TEQ）水洗飞灰εW/%118.10 100.35 90.57 90.31 88.40 83.34 82.63 103.87 105.11 105.35 105.28 102.77 93.06 106.50 98.29 97.94 113.67 95.17洗灰废水εE/%0.26 0.02 0.01 0.01 0.02 00 0.02 0.03 0.02 0.04 0.03 0.04 0.03 0.06 0.06 0.19 0.02平衡率η/%118.36 100.37 90.57 90.31 88.42 83.34 82.63 103.89 105.14 105.38 105.32 102.80 93.11 106.53 98.35 98.00 113.86 95.19

4 结论