垃圾焚烧飞灰中重金属与对应的处理技术研究

2024-06-09孟令军

新疆有色金属 2024年2期

孟令军

（青岛市固体废弃物处置有限责任公司，山东青岛 266000）

焚烧垃圾处理具有减容、减重比大、处理速度快、占用土地面积小、回收能源等优点。焚烧垃圾产生的固体残渣主要有飞灰与底灰，其中底灰中重金属质量分数较少，主要是一些亲岩性的金属，不具备毒害性，焚烧之后的底渣可以作为原材料进行二次利用，比如德国将焚烧之后的底渣来作为路基建设[1]。但是飞灰中的重金属有较强的毒性，最常见的5 种重金属分别为As、Hg、Cd、Cr、Pd，被称为五毒，这些重金属在水中不能被分解，甚至还能够与水中其他的毒素进行结合成为具有更强毒性的有机物。这些垃圾焚烧之后的飞灰中重金属对人体的伤害分别为：①砷（As）：该重金属能够造成皮肤里的色素沉着，出现角质化异常的现象；②铅（Pd）：该重金属主要会伤害人的脑细胞，导致癌症与突变；③镉（Cd）：该重金属会容易引起高血压，进而出现心脑血管疾病，破坏人体的骨钙，造成肾功能失调；④汞（Hg）：若是不小心食入该重金属，会直接沉入人体肝脏，造成大脑神经视力的损坏；⑤铬（Cr）：六价铬具有强烈的氧化作用，属于慢性中毒，从局部开始发展侵蚀人体，从呼吸道开始侵入，最后引发各种炎症，如鼻炎、支气管炎、咽炎等等。鉴于垃圾焚烧的飞灰年产量较大，但是能够用于处理的填埋场容量已经接近饱和状态，扩建新的填埋场又不太切合现实，所以垃圾焚烧飞灰的处理已势在必行[1]。

1 垃圾焚烧飞灰中的重金属分类

飞灰中的重金属主要是来自生活垃圾中的彩色报纸、电池、化学溶剂以及塑料产物等等，尤其是废弃电池含有Hg、Cd，焚烧之后重金属转移至底灰、烟气与飞灰中，但是烟气由于有净化设施，带来的伤害极低，所以飞灰就成为重金属的主要载体。焚烧之后的飞灰中重金属的含量可以达到0.5%～3%。根据相关的数据调查重点关注的重金属一共有12 种，并且将这些重金属分成4 个类别，第一类主要是Co、Cr、Cu等等比较不容易挥发的重金属，这些重金属有九成以上被残留在底渣里，剩下的大部分被残留于飞灰中，烟气中占有的比例非常小。第二类是砷、铅、锌等等容易挥发并凝结的重金属，这些重金属有五成到六成会被残留在底渣当中，剩下的部分被挥发并且在飞灰的表面形成凝结状态。第三类是汞，该重金属容易挥发确难以凝结，只有约5%存留于底渣中，约四分之一被吸附在飞灰当中。第四类是镉，容易挥发同时也容易凝结，只有约10%存留于底渣中，剩下的部分基本都进入到焚烧之后的飞灰中。从目前的数据显示城市生活垃圾焚烧之后的飞灰中含有的重金属主要分为8 种，分别是锌、砷、铅、镉、铬、汞、锡、镍，这些重金属同时也是土壤环境质量标准的重点关注元素。此外，不同城市的不同垃圾焚烧厂产生的飞灰中含有的重金属和含有量都不相同，这些含量与焚烧厂的焚烧温度等方面都有一定关系[2]。

2 垃圾焚烧飞灰的无害化处理

2.1 烧结处理与高温熔融

垃圾焚烧飞灰中的有机物能够在高温的反应之下来进行降解，所以可以通过热处理技术来降低飞灰中的有害重金属，在热处理的过程中将重金属固定在致密程度高的结构体内。热处理一般包括烧结与熔融，熔融的温度一般为1400℃，而烧结的温度大部分都控制在1100℃，根据温度的不同处理不同的重金属。热处理之后的产物具有更加稳定的化学性质，体积也变得更小。在现阶段最常见的热处理技术是熔融法，该技术的设备投资较大、耗费的能源较高，并且焚烧之后的分灰在进行高温熔融之前需要干燥处理，这些需要复杂的工艺，并且其中的汞、锌等重金属在遇到高温时容易挥发，这在后续还需要进行烟气处理，处理的成本过高，处理过程复杂，不适合大规模的推广运用。

2.2 固化—稳定化处理

重金属的稳定化处理主要是将化学添加剂与产生的污染物相结合，将这些污染物转化变成具有固化的化学性质形态，减少污染物的毒性与迁移性等的过程。固化同样也是利用污染物和惰性材料进行结合让污染物变成固体，有效的阻止污染物在环境中的继续扩散和迁移。固化与稳定化处理各有不同，但是为了能够达到最好的处理效果，在实践中经常将这两种处理方法搭配使用，比如水泥药剂固化—稳定化，水泥在固化的过程中，飞灰中含有的重金属经过吸附、钝化、化学吸收等方式与水泥发生化学反应，最后变成氢氧化物的形式停留在表面，此时可以适当加入一些水泥提供重金属的碱性附着环境，有效抑制重金属的持续浸出，最终达到稳定重金属的目的。水泥固化处理能够有效的减低重金属对环境造成的二次污染，并且药剂成本也不高，但是水泥固化处理的过程中，飞灰中含有的二恶英没有被完全脱除，若是飞灰中含有特殊的盐类，还会造成固化体出现破裂的问题，致使有机物的分解出现裂隙，增加了重金属的渗透性，最后降低整个结构的处理效率，所以固化稳定化处理技术的应用有一定的局限性。

2.3 化学药剂稳定化处理

化学药剂稳定化处理是将化学药剂融入到飞灰中，通过化学反应把含有的重金属转化成无机矿物质或者高分子络合物，降低飞灰中重金属的毒性与含量。化学药剂主要被分成了有机药剂和无机药剂，有机药剂主要是氨基硫代甲酸盐、月桂醇单质磷酸盐等等，而无机药剂主要是磷酸盐、硫化钠、硫酸亚铁等等。若是重金属处于酸性的环境之中，无机药剂对该环境当中的重金属稳定效果不太理想，容易出现浸出现象，所以在近几年的重金属处理中着重研究的是有机药剂的处理，有机药剂的处理耗费药剂少，效果稳定，但是对相关的操作管理比较复杂，需要投资较高的费用。又由于焚烧产生的飞灰中的重金属具有一定的复杂性和多变性，在市面上难以找到一种普遍使用且成本耗费低的化学稳定剂[3]。此外化学药剂稳定化处理与水泥固化处理相比，有机螯合剂的价格昂贵，处理成本过大。

2.4 地聚物固化处理技术

地聚物作为工业废渣等物质来制作而成的新型材料，主要包含了单硅铝、双硅铝和三硅铝等，这种材料能够将焚烧后飞灰中含有的有毒物质和重金属实现分割并包围在环状的分子之间，这些分子再通过结合，然后吸附在聚合体里，达到固化的效果。地聚物处理生活垃圾焚烧的飞灰技术在美国、欧洲和日本等国家都受到了重视，因为地聚物的原材料丰富，成本较低，能够有效降低污染物。