垃圾焚燒飛灰資源化過(guò)程中無(wú)機(jī)氯鹽的去除研究

摘 要：垃圾焚燒飛灰富含重金屬、二噁英和氯鹽，其中重金屬解毒、二噁英降解等工藝已經(jīng)成熟，影響資源化利用的關(guān)鍵因素在于氯離子的去除。本文采用燒結(jié)、水洗、燒結(jié)后水洗以及水洗后燒結(jié)等工藝對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行預(yù)處理。結(jié)果顯示，燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)預(yù)處理工藝均可使的飛灰滿足建材GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第1部分：輕集料》對(duì)氯離子的規(guī)定。同時(shí)，燒結(jié)后水洗更加節(jié)約水資源，且可減少過(guò)程中廢水的處理量，因而更具優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒飛灰； 氯離子； 燒結(jié)； 水洗

Abstract： Fly ash from municipal solid waste incineration （MSWI） is hazardous waste with large quantity of heavy metals， dioxins and chlorides， and the technology of detoxication of heavy metals and degradation of dioxins has matured， so， the key factor that influence resource utilization of MSWI fly ash is to remove chloride ions. In this paper， we pretreated the MSWI fly ash by the technology of calcination， washing， washing after calcination and calcination after washing. The results demonstrated that the fly ash pretreated by technology of washing after calcination and calcination after washing all could meet the requirements of chloride ions in GB/T 17431.1-2010. The technology of washing after calcination was better， that saved more water， and reduced the amount of wastewater treatment.

Key Words： MSWI Fly Ash， Chloride Ions， Calcination， Washing.

引言

隨著垃圾焚燒電廠的迅速增加，垃圾焚燒飛灰的安全處理處置問(wèn)題亟待解決。垃圾焚燒飛灰富含重金屬、二噁英和氯鹽，目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用穩(wěn)定固化預(yù)處理和填埋處置。但填埋場(chǎng)庫(kù)容有限，不能長(zhǎng)期消納迅猛增長(zhǎng)的垃圾焚燒飛灰，同時(shí)許多企業(yè)難以承受高昂的飛灰處理處置費(fèi)用。因此，為節(jié)約土地資源并降低飛灰處理處置成本，很多國(guó)家和地區(qū)積極探索飛灰資源化利用的途徑。國(guó)內(nèi)外對(duì)飛灰資源化的研究主要致力于作建筑原材料方面，其典型代表是水泥和陶粒。日本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)飛灰燒制水泥和陶粒的工業(yè)化，中國(guó)也進(jìn)行了探索和研究。污染物重金屬和二噁英可通過(guò)高溫處理實(shí)現(xiàn)無(wú)害化，目前主要存在的問(wèn)題在于國(guó)內(nèi)飛灰中含有大量的氯離子，這對(duì)飛灰高溫處理過(guò)程和飛灰產(chǎn)品后續(xù)使用產(chǎn)生較大影響。

1.研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外去除飛灰中氯離子的主要方法有水洗和燒結(jié)。北京大學(xué)的李曉東以去離子水作為洗脫劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水灰比是影響氯離子洗脫效果的最主要因素，在液固比為4時(shí)，水洗過(guò)程中約有93%的氯離子被洗脫而進(jìn)入水相，并且水洗飛灰經(jīng)燒結(jié)后其中的Pb、Cd、Ni的浸出濃度明顯降低，800℃下燒結(jié)水洗飛灰可以使其中的重金屬穩(wěn)定化，浸出濃度均低于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值[1]。凌永生等人發(fā)現(xiàn)水洗比應(yīng)控制在5：1到10：1左右，而CO2通氣量是飛灰水洗上清液中重金屬去除過(guò)程的主要影響因素，通氣量在1.4～1.5左右可以有效降低上清液pH值及重金屬濃度[2]。朱芬芬等人利用X射線衍射分析無(wú)機(jī)氯鹽的行為，發(fā)現(xiàn)主要的氯鹽主要有NaCl、KCl和CaCl2，通過(guò)兩次水洗、水固比3：1后1000℃燒結(jié)1h的預(yù)處理工藝能更高效更節(jié)能地去除飛灰中的氯化物，氯的減少率在94%以上[3]。鄭源格等人實(shí)驗(yàn)表明通過(guò)水洗預(yù)處理可穩(wěn)定有效去除飛灰中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%以上的氯離子，消除了焚燒飛灰中氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高對(duì)水泥窯的損害[4]。于昕等人對(duì)水洗-酸浸穩(wěn)定化處理垃圾焚燒飛灰的效果進(jìn)行了研究，液固比為20時(shí)，水洗過(guò)程可以浸出60%以上的氯，47%以上的Na、K、Ca，18%以上的Pb[5]。羅智宇等人研究表明，液固比為3時(shí)可以除去飛灰中85% 以上的總氯；提高液固比還可提高氯的去除量。飛灰中的殘氯在高溫下大量揮發(fā)，剩余的氯穩(wěn)定在0.9%～1.7%[6]。鄒廬泉等人發(fā)現(xiàn)常溫水洗，水洗比例1：8，水洗次數(shù)2次，攪拌時(shí)間10min，沉淀時(shí)間10min。水洗預(yù)處理可以有效除去飛灰中氯離子和可溶的重金屬，實(shí)現(xiàn)了飛灰重金屬的溶出無(wú)害化[7]。

以上研究為國(guó)內(nèi)垃圾焚燒飛灰脫氯奠定了基礎(chǔ)，為使飛灰產(chǎn)品進(jìn)一步滿足準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第1部分：輕集料》規(guī)定氯離子含量≤0.02%的要求，本文擬采用水洗和燒結(jié)兩種方式對(duì)飛灰聯(lián)合處理，實(shí)現(xiàn)飛灰的深度脫氯。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1材料

實(shí)驗(yàn)中所用1號(hào)和2號(hào)飛灰分別取自天津某垃圾焚燒發(fā)電廠和江蘇垃圾焚燒發(fā)電廠，均在布袋除塵系統(tǒng)灰斗出口處收集，取樣日期分別為2013.09.29和2013.09.17。所取飛灰呈灰白色粉末，可通過(guò)100目篩，105℃烘干2h后測(cè)定含水率分別為1.98%和2.12%。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1燒結(jié)方法

飛灰燒結(jié)溫度一般處于800℃～1200℃之間，先將馬弗爐升到指定溫度800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃，然后稱取天津飛灰10g，精確稱量到0.01g，倒入100ml陶瓷坩堝中，燒結(jié)至恒重，以兩次稱量差值<0.02g為恒重，恒重后用坩堝鉗夾出坩堝，蓋上坩堝蓋，放在干燥器中冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移到樣品袋中密封保存。飛灰若板結(jié)在坩堝中，需取出后研磨過(guò)篩至直徑1mm以下粉末，再裝袋封存。

2.2.2水洗方法

室溫下用固液比為1：3的去離子水水洗，攪拌15min，靜置10min后用布氏漏斗和2層定性濾紙抽濾，抽濾后棄去水洗液，水洗后飛灰放入烘箱105℃烘干至恒重，裝袋封存。

2.3氯離子檢測(cè)方法

采用GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》標(biāo)準(zhǔn)方法：稱取約0.5g試樣置于250ml錐形瓶中，加入50ml蒸餾水，放置2h后，每隔5min搖動(dòng)1次共三次，使氯鹽充分溶解，抽濾使濾液澄清，向清液中加入1ml鉻酸鉀指示劑，用0.05mol/L和0.005mol/L標(biāo)準(zhǔn)硝酸銀溶液滴定至呈現(xiàn)磚紅色。

3.結(jié)果與分析

3.1天津飛灰“燒結(jié)”、“水洗+燒結(jié)”實(shí)驗(yàn)

從表1中可以看出，天津飛灰直接燒結(jié)后，氯離子含量隨溫度升高迅速降低，這是由于金屬氯化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)相對(duì)較低，溫度越高揮發(fā)越快。當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)燒結(jié)至恒重，此時(shí)飛灰中氯離子含量為0.415%，可見(jiàn)在燒結(jié)溫度范圍內(nèi)直接燒結(jié)無(wú)法達(dá)到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求。

室溫下經(jīng)固液比1：3水洗后，飛灰中的氯離子可降低至3.21%。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，結(jié)果顯示隨著燒結(jié)溫度的升高，氯離子降低效果顯著。當(dāng)溫度升至1200℃時(shí)燒結(jié)至恒重，此時(shí)飛灰中氯離子達(dá)到0.019%，完全滿足建材化利用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求。

3.2江蘇飛灰“燒結(jié)后水洗”、“水洗后燒結(jié)”實(shí)驗(yàn)

此次試驗(yàn)專門設(shè)計(jì)了燒結(jié)和水洗順序?qū)β入x子的影響。結(jié)果表明，條件相同的情況下，燒結(jié)后水洗比水洗后燒結(jié)的處理順序效果要好。800℃、1000℃、1200℃三個(gè)溫度下燒結(jié)后水洗都比水洗后燒結(jié)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，1200℃燒結(jié)至恒重后水洗可使氯離子降低到0.011%。燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)兩種方式均可以使飛灰滿足建材化利用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，且燒結(jié)后水洗效果更加明顯。

由于燒結(jié)過(guò)程飛灰中的氯離子大量揮發(fā)，使得燒結(jié)殘?jiān)械穆入x子含量降低約35%左右，若達(dá)到和水洗后燒結(jié)同樣的效果，該過(guò)程可節(jié)約用水30%左右。由此可見(jiàn)，燒結(jié)后水洗這一預(yù)處理工藝在飛灰資源化方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，一方面可以節(jié)約洗過(guò)過(guò)程的水資源，另一方面減少了過(guò)程中廢水的處理量。

4.結(jié)論

①單獨(dú)水洗或單獨(dú)燒結(jié)均不能使垃圾焚燒飛灰中的氯離子含量達(dá)到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，兩種處理方式聯(lián)合操作則可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

②燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)采用不同的組合順序，結(jié)果顯示，達(dá)到同樣的效果采用燒結(jié)后水洗可節(jié)約用水30%左右，因此燒結(jié)后水洗工藝組合優(yōu)勢(shì)更加明顯。

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【作者簡(jiǎn)介】張曙光，男，高級(jí)工程師，主要從事固廢資源化制建材工作。

【文章編號(hào)】1627-6868（2017）06-0020-02