淺析德國焚燒爐渣處理技術(shù)現(xiàn)狀

嚴(yán)陳玲，陳潔

（1.北京市城市管理研究院，北京100028；2.生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室，北京100028）

在我國，生活垃圾焚燒爐渣屬于一般廢棄物，可直接填埋或作二次建材利用。我國現(xiàn)行的生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 16889—2008）規(guī)定，生活垃圾焚燒爐渣（不包括焚燒飛灰）可以直接進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋處理。爐渣處理方法包括自然風(fēng)化、水洗、固化處理、化學(xué)藥劑穩(wěn)定處理等[1]。

歐盟標(biāo)準(zhǔn)委員會第12 920 條法規(guī)規(guī)定，城市生活垃圾焚燒爐渣如果不進(jìn)行穩(wěn)定化處理，將不能填埋或資源化利用。因為焚燒的垃圾組成復(fù)雜，爐渣中可能含有多種重金屬、無機(jī)鹽類物質(zhì)，有害成分可能會在酸雨等因素作用下浸出而污染環(huán)境。

在德國，固體垃圾在分類回收之后，將剩余部分進(jìn)行焚燒處理是常規(guī)做法。據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局2015年的數(shù)據(jù)稱，2013年，德國焚燒的固體垃圾總量為2 480 萬t，其中的主要部分是剩余垃圾、商業(yè)垃圾和大件垃圾。焚燒后產(chǎn)生的爐渣量為669.6 萬t，占固體垃圾總量的27%[2]。在這些爐渣里，幾乎包含了固體垃圾里含有的所有金屬成分。

1 德國焚燒爐渣中金屬成分概況

德國就剩余垃圾中的金屬含量問題開展了很多相關(guān)研究。例如，漢堡市每年進(jìn)行一次相關(guān)研究，而對商業(yè)垃圾和大件垃圾就很少開展類似研究。借助眾多的文獻(xiàn)檢索信息以及漢堡工業(yè)大學(xué)提供的補(bǔ)充性研究結(jié)果，德國獲取了三大主要垃圾，即剩余垃圾、商業(yè)垃圾和大件垃圾中的金屬含量的平均值，情況如下：剩余垃圾中金屬含量約為2%，商業(yè)垃圾中金屬含量約為4.9%，大件垃圾中金屬含量約5.4%[3]。大件垃圾中的金屬含量很大程度上取決于收集系統(tǒng)（上門收集和回收點回收）以及垃圾在上門收集系統(tǒng)處的滯留時間。

各類文獻(xiàn)給出的從爐渣中回收利用的金屬比例也非常不同。經(jīng)常被引用的是Pretz[4]的數(shù)據(jù)：鐵的回收利用率很高，為92.5%，而非鐵金屬的回收利用率僅為34%，大多數(shù)情況下只能達(dá)到11%。德國聯(lián)邦環(huán)境總署委托開展的多個最新研究也引用了這些數(shù)值。根據(jù)《歐盟垃圾焚燒系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，鐵的回收利用率為55%～60%，非鐵金屬的回收利用率為50%。Deike[5]的研究結(jié)果顯示，所選樣的三座垃圾焚燒設(shè)施中，所有金屬的回收利用率為92.7%。

2 2015年德國爐渣處理技術(shù)現(xiàn)狀

德國對垃圾焚燒設(shè)施中產(chǎn)生的爐渣如何開展金屬回收再利用進(jìn)行了大量的文獻(xiàn)分析，并借助廣泛的問卷調(diào)查進(jìn)行信息匯總。他們把調(diào)查問卷派發(fā)給垃圾焚燒爐渣處理商和再利用者組成的利益共同體、德國熱式垃圾處理設(shè)施利益共同體的各個成員，問卷內(nèi)容涵蓋進(jìn)料量、出料量、爐渣的起始條件、爐渣處理和市場化情況。為了確保競爭者之間不互相透露信息，直接由漢堡工業(yè)大學(xué)對問卷答案做出分析評價。該答案對德國爐渣處理情況有了約80%的了解。

爐渣產(chǎn)生者和再利用者提供的問卷調(diào)查結(jié)果顯示，德國目前正在以非常高的水平推進(jìn)爐渣的處理水平。傳統(tǒng)意義上來講，處理爐渣時，首先從濕式除渣器中卸料開始。經(jīng)過1～12 周的老化時間（平均約為4 周）之后，開始提取金屬。根據(jù)爐渣中顆粒物的大小粒徑，借助磁力分選機(jī)將鐵分選出來，借助渦流分選機(jī)將非鐵金屬分選出來，詳見圖1。在磁力分選機(jī)中，主要使用超帶寬磁鐵、滾筒磁鐵、磁帶線圈以及個別的挖掘機(jī)起重磁鐵。在一些焚燒設(shè)施里，直接在濕式除渣器中卸料時將大顆粒鐵屑分離出來。

在對非金屬進(jìn)行分離時，除了使用一般情況下的渦流分選機(jī)之外，還會使用傳感技術(shù)，并根據(jù)需要對非金屬分離機(jī)進(jìn)行合適的調(diào)整。此外，非鐵金屬在皮帶上的分布情況以及材料的濕度也是關(guān)鍵要素。不銹鋼也屬于非鐵金屬，通常需要借助手動篩選將其在皮帶單獨的位置分離出來。

圖1 德國焚燒爐渣處理技術(shù)

基于調(diào)查問卷的結(jié)果以及其他的篩分技術(shù)和化學(xué)研究情況，德國家庭垃圾焚燒爐渣的處理技術(shù)及現(xiàn)狀可以描述如下。

利用5 臺磁力分選機(jī)，在除去約2%的雜質(zhì)成分，也即是廢料部分的情況下，可以將所有爐渣中7.7%的鐵進(jìn)行回收利用；平均利用5 臺渦流分選機(jī)，可以對爐渣中1.3%的非鐵金屬進(jìn)行回收利用。在非鐵的成分里，共存在30%的廢料部分，都不在計算范圍內(nèi)。一般是在焚燒結(jié)束后的平均4 周內(nèi)進(jìn)行這樣的回收利用，處理的爐渣直徑最小為2 mm。比這個直徑更小的爐渣顆粒也可以予以處理，且處理水平一直在不斷提高中。處理之后，89%的礦物部分保留下來。圖2 總結(jié)性地顯示了爐渣處理后的出料情況。

利用目前的技術(shù)，固體垃圾中的76%金屬得到了回收利用，其中鐵的回收利用率平均為82%，非鐵金屬的回收利用率平均為56%。在大顆粒成分中，鋁占主要成分，在直徑介于2～5 mm 的小顆粒成分中，銅的份額多達(dá)50%。和多數(shù)人的意見相左的是，鋁可以很好地從爐渣中予以回收后進(jìn)行再循環(huán)利用。氧化損失主要出現(xiàn)在較薄的鋁層上。

圖2 爐渣處理后的出料情況

需要注意的是，該行業(yè)一直在不斷完善各項技術(shù)，這些數(shù)值描述了整個德國的平均情況，且該行業(yè)存在很大的差異。例如有些處理設(shè)施里，鐵的回收利用率為4.8%，而在另外一個設(shè)施里，鐵的回收利用率可能為10.7%。非鐵金屬的差異率則達(dá)到0.8%～1.7%。

3 焚燒爐渣中的金屬質(zhì)量

抽樣對象是3 座不同的設(shè)施以及其中一座處于不同季節(jié)的設(shè)施。爐渣處理設(shè)施的建造情況和內(nèi)部設(shè)置情況對金屬的質(zhì)量和數(shù)量產(chǎn)生最大的影響。不同的焚燒設(shè)施和待處理的固體垃圾的濕度是重要的影響參數(shù)。但是，不同季節(jié)對金屬質(zhì)量的影響卻不能識別出來。

在對抽樣的處理設(shè)施進(jìn)行質(zhì)量和量化總結(jié)分析時，對不同的非鐵混合金屬也進(jìn)行了抽樣調(diào)查。他們基本上由銅、黃銅和鋁組成，也包含份額不低的雜質(zhì)成分。繼而對粒徑分別為2～5 mm，5～18 mm 以及18～45 mm 的3 種非鐵成分樣品進(jìn)行抽樣調(diào)查。使用X 射線熒光手動分析儀對最小粒徑成分進(jìn)行酸洗后，再進(jìn)行人工篩選。很明顯的是，在非鐵成分里，作為兩大主要成分中的鋁的含量約占80%。此外，在5～18 mm 的顆粒成分中，銅的份額比更大顆粒成分中要稍微多一些。在觀察2～5 mm 顆粒成分時，銅的含量平均為50%，黃銅的含量較低，鋁的含量約為45%。

將爐渣處理設(shè)施里回收的非鐵成分進(jìn)行收集后，在進(jìn)行直接融化之前還需要再一次予以處理。最通用的中間處理方法是漂浮-沉降技術(shù)，也會使用排字機(jī)和X 射線熒光素方法。

將鋁單獨作為產(chǎn)物從爐渣中回收后，經(jīng)常要進(jìn)行耗時耗力的分選，即動用人員進(jìn)行手工分選，然后作為不同粒徑大小的非鐵混合金屬出售。

純黃銅成分價值高，可以直接予以利用，而鋁則不是一直這樣。一直以來大家都認(rèn)為，在焚燒過程中，鋁會出現(xiàn)損失，也就是說，爐渣中所含的鋁在直接焚燒后，除了產(chǎn)生一定的熱值之外，不能再回收利用了。大家甚至猜測，鋁在發(fā)生相應(yīng)的質(zhì)量損失之后，如氧化和融化過后，不能實現(xiàn)或者只能有限地進(jìn)行再回收利用或者再循環(huán)利用。

各種早期的研究給出了不同的研究結(jié)果。Deike[5]描述，焚燒時，只在鋁的周圍形成很薄的氧化層，正好對內(nèi)部的鋁形成了保護(hù)，避免發(fā)生進(jìn)一步氧化。2015年，西班牙開展的一份研究結(jié)果也對此加以了證實，該研究對象是剩余垃圾焚燒中鋁的氧化物。在850 ℃時，以及在氧氣含量為6%的實驗室里，對鋁層厚度介于1～122 μm、呈現(xiàn)不同幾何形狀的鋁包裝進(jìn)行焚燒。結(jié)果顯示，在金屬表面形成氧化鋁層后，隨著鋁包裝層厚度的下降，氧化鋁的厚度則增加。但是總的看來，都沒有超過17%的鋁被氧化，也就是說，在剩余垃圾處理設(shè)施里，焚燒中鋁的損失保持低于20%的狀態(tài)。

米蘭也對含不同比例的鋁質(zhì)包裝物在焚燒中的殘留情況進(jìn)行了各種研究，這對之前的研究結(jié)果進(jìn)一步做出了補(bǔ)充。該研究是將鋁制包裝物混合在剩余垃圾里進(jìn)行焚燒，繼而對其可循環(huán)利用率和氧化行為進(jìn)行研究。發(fā)生氧化的結(jié)果為：鋁制罐頭9.2%，鋁制盆碟17.4%，鋁制薄膜58.8%?？偟膩碚f，在垃圾焚燒中，對鋁進(jìn)行回收再利用是可以的。鋁層越薄，氧化損失越大[6]。

4 結(jié)束語

德國在對焚燒爐渣中金屬成分再利用方面能夠做到讓其中絕大部分的礦物部分予以保留下來，在世界范圍內(nèi)達(dá)到比較先進(jìn)的技術(shù)水平。