焚燒飛灰處理的專利技術綜述

代亞平

摘 要：焚燒技術是處理有機廢物的重要手段，所產(chǎn)生的焚燒飛灰已經(jīng)被國家明確列為危險廢物，其中含有的有毒重金屬、二噁英等物質(zhì)嚴重危害環(huán)境和人體健康。從專利技術的角度出發(fā)，介紹處理焚燒飛灰工藝的專利申請概況，從技術構思和技術功效著手，介紹焚燒飛灰處理的技術路線發(fā)展脈絡，為后續(xù)的研發(fā)提供方向和指導。

關鍵詞：焚燒飛灰;技術功效;發(fā)展脈絡

中圖分類號：X70 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-0-03

Summary of Patent Technology on Incineration Fly Ash Treatment

DAI Yaping

（Guangdong Center for Patent Examination Cooperation of the Patent Office of the State Intellectual Property Office，

Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： Incineration technology is an important means of processing organic waste， and the fly ash has been clearly classified as hazardous waste. The toxic heavy metals， dioxins， etc. contained in it seriously endanger the environment and human health. From the perspective of patented technology， this article introduces the overview of patent applications for the processing of incineration fly ash， considering the technical concept and efficacy， introduces the development context of the technical route of fly ash processing， and provides guidance for subsequent research and development.

Keywords： fly ash;technical effect;development context

焚燒飛灰屬于《國家危險廢物名錄》規(guī)定的有害物質(zhì)。因此，在對焚燒飛灰進行排放或資源化利用前必須進行無害化處理，以避免其進入環(huán)境后產(chǎn)生更大危害。目前，焚燒飛灰處理技術日趨成熟，各企業(yè)從各自需求和出發(fā)點提出了針對性處理措施。筆者從專利技術的角度出發(fā)，總結焚燒飛灰處理技術發(fā)展狀況。

1 焚燒飛灰處理技術的專利申請概況

檢索和統(tǒng)計不同國別的專利申請量，結果如圖1所示。2002—2021年，中國在焚燒飛灰處理技術方面的專利申請總量處于首位，其次是日本、韓國、美國。我國的焚燒飛灰處理技術專利申請量在全球申請量中占比最大，與我國強調(diào)保護環(huán)境的政策息息相關。

由圖1可見：早期日本的申請量最大，隨后呈逐年下降趨勢，2016年的申請量出現(xiàn)波動增加，但整體是逐年減少的趨勢;中國雖然早期申請量較少，但后期變化較大，基本呈逐年增長趨勢，從2006年開始申請量超過日本，位居榜首，此后申請量一直處于首位。日本在早期的申請量相對較多，其研發(fā)起步早;中國在早期的申請量相對較少，后期變化顯著，研發(fā)投入集中在中后期。此種變化趨勢和在數(shù)據(jù)庫中閱覽的專利申請情況是一致的。

2006年以后，我國焚燒飛灰處理技術的專利申請量一直位居首位，且呈增長趨勢，而其他國家的專利申請量要么呈降低趨勢，要么基本穩(wěn)定。我國的專利申請量不斷增長的變化過程與經(jīng)濟發(fā)展趨勢相吻合，證明我國在生產(chǎn)生活中針對污染的治理不斷增強，研發(fā)投入不斷增加。

2 焚燒飛灰的處理技術發(fā)展脈絡

關于飛灰的處理技術，初期的研究方向在于將飛灰顆粒從廢氣中除去;隨后開始研究如何穩(wěn)定飛灰顆粒中的有害物質(zhì)，降低其在環(huán)境中的溶解度，提高飛灰利用的穩(wěn)定性;近期有一些申請人開始研究如何提取飛灰中的重金屬，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

最早采用物理技術處理焚燒飛灰，使飛灰顆粒被水洗脫。例如，發(fā)明專利《焚燒爐和廢物的處理方法》在氣體排放的路徑上設置氣體洗滌器，將飛灰顆粒洗滌分離[1]。上述方法主要在于降低飛灰中的顆粒物含量，但沒有對飛灰進行進一步處理。

《廢棄物的焚燒灰處理方法和裝置》將飛灰顆粒分離后引入燃燒室中進行再次燃燒，以進一步除去飛灰中的有害物質(zhì)，為后續(xù)的飛灰熱處理給出了很好的指引[2]。發(fā)明《堿性飛灰的處理方法》提出向飛灰中添加化學成分的方法固定/無害化有害物質(zhì)，通過向飛灰中添加螯合劑和水實現(xiàn)重金屬的穩(wěn)定化，添加堿性物質(zhì)除去廢氣中的氯化氫[3];《焚燒爐含鹽粉塵的處理方法》將粉塵、水以及含有水熱反應性鈣化合物的工業(yè)廢料混合后，利用蒸汽壓實形成硬化的固體，為后續(xù)的飛灰固化處理和以廢治廢提供了方向[4]。

2000年，東南大學的發(fā)明專利申請《城市生活垃圾干燥氣化熔融處理方法》公開一種城市生活垃圾處理的方法，將焚燒飛灰送入高溫熔融焚燒爐中進行進一步處理，以降低毒性[5]。此后，國內(nèi)開始研究焚燒飛灰的處理技術并申請專利。我國飛灰處理技術的研究起步相對較晚，呈緩慢增長趨勢，直到2014年，專利申請量明顯增加?？梢姡w灰處理技術研究在我國仍然具有一定的市場。

隨后，從初始的簡單研究如何去除飛灰中的顆粒，到后期通過手段降低飛灰中有害物質(zhì)的含量以降低排放后對環(huán)境的危害，各申請人開始研究對飛灰中的有害物質(zhì)進行針對性處理或聯(lián)合處理，以提高有害物質(zhì)的穩(wěn)定性，降低其在環(huán)境中的浸出濃度。例如，發(fā)明專利申請《一種垃圾焚燒爐煙氣多種污染物協(xié)同處理工藝方法》先在干式脫酸塔中對煙氣進行脫酸，然后將煙氣通過預置催化劑的過濾單元進行煙道凈化，實現(xiàn)二次脫酸、重金屬吸附脫除、除塵、脫硝和二噁英分解的協(xié)同處理[6]。一些申請人開始研究如何提取飛灰中的重金屬以便實現(xiàn)循環(huán)利用，或者將飛灰和固體廢棄物混合實現(xiàn)以廢治廢的目的。例如，《一種垃圾焚燒飛灰和含銅污泥的協(xié)同處理方法》將垃圾焚燒飛灰和含銅污泥混合造球，將球料、助熔劑和燃料混合，然后熔煉獲得熔渣和煙氣，再根據(jù)焚燒飛灰的氯含量選擇熔渣的進一步處理方案，實現(xiàn)了兩種廢料的協(xié)同處置，縮短了工藝流程并降低了投資成本[7]。通過閱讀最新的申請可知，申請人通過優(yōu)化處理步驟、改善添加藥劑的成分以實現(xiàn)更加經(jīng)濟的處理方式并提高處理效率。例如：《一種飛灰高溫熔融循環(huán)再利用處理工藝》將飛灰制粒添加到熔融系統(tǒng)熔融，然后將熔體排出加工成保溫棉，通過處理工藝的改進，減少尾氣中的雜質(zhì)含量，提高飛灰的資源化利用率[8];發(fā)明專利申請《一種垃圾焚燒飛灰和含銅污泥的協(xié)同處理方法》將水洗后的飛灰與含銅污泥、廢活性炭混合造粒干燥，然后與添加劑一起進行氧化還原熔融，可以回收含銅的有價值產(chǎn)品，達到以廢治廢的目的[9]。

3 技術功效趨勢

技術功效能夠反映飛灰處理技術的研發(fā)方向，對技術功效發(fā)展變化趨勢展開研究有助于宏觀地了解各類技術的應用價值和研發(fā)方向，進而促使研發(fā)主體對研發(fā)路線進行適應性調(diào)整，避免重復研發(fā)，降低成本，提高技術更新水平。圖2為2000—2021年中國專利的技術功效分析。對2000—2021年的中國專利申請進行分析，著重從成本降低、效率提高、穩(wěn)定性提高、環(huán)境改善和污染避免5個方面探究技術功效趨勢。2000年的專利申請技術功效集中為環(huán)境改善，而2001年的專利申請的技術功效集中為復雜性降低，2002年至今的研究著重在處理成本的降低，可見經(jīng)濟效益是考慮的重點，其次是提高效率、提高穩(wěn)定性、改善環(huán)境以及避免污染。經(jīng)濟效益決定處理方法的應用范圍。通常企業(yè)在選擇飛灰處理方法時，在確定好處理目標的情況下，經(jīng)濟性是決定方法選擇的首要考慮因素。成本越低的處理方法越能為企業(yè)所接受。2002—2021年，技術功效方面也出現(xiàn)了變化。2002—2013年，著重于成本降低方面的專利技術申請與其他功效的研發(fā)和申請相比只是略占優(yōu)勢，推測此段時間應當屬于摸索階段。隨著研發(fā)的深入，2013—2021年，關注成本降低的專利申請數(shù)量出現(xiàn)較大波動，可見后期關注成本方面的研發(fā)和申請數(shù)量更多，也是通過前期的摸索和實踐發(fā)展而來的趨勢。

從圖2可以看出，關于成本因素的研究已經(jīng)具有一定規(guī)模，相關研發(fā)主體在后續(xù)的研究中可以從環(huán)境改善、污染避免方面進行考慮，從而研發(fā)出更加符合經(jīng)濟價值和環(huán)境價值的處理工藝，也可以從更加細化的角度考慮，如對添加藥劑的種類進行進一步探索，對反應條件進行進一步控制。

4 結語

從專利申請的角度出發(fā)，概述焚燒飛灰處理技術脈絡，并通過不同國家的專利申請數(shù)量比較，發(fā)現(xiàn)日本在飛灰處理方面的研發(fā)最早，大概在1970年開始。我國關于飛灰處理的研究大概始于2000年，起步相對較晚，但后續(xù)專利申請量增長迅速。近年來，我國焚燒飛灰處理技術的專利申請總量最大，且相關專利申請量呈逐年增長的趨勢。

在處理功效方面，初始的研發(fā)方向在于環(huán)境改善，此后開始考慮成本和技術的復雜性、處理效率、穩(wěn)定性等，而通過對最新的發(fā)明專利申請技術方案進行總結，可以看出目前著重從處理工藝和藥劑選擇方面進行改進。

相關研發(fā)主體在后續(xù)選擇研發(fā)方向時，可以參考研究現(xiàn)狀和功效進行針對性選擇，在研發(fā)成本控制的基礎上考慮環(huán)境因素，也可以從控制污染因素的角度出發(fā)對需要的藥劑進行進一步研究，或者探索成本更加低廉且對環(huán)境更加友好的處理工藝，探索更加綠色和有效的提取工藝。

參考文獻：

[1]CLEAR AIR WASTE REDUCTION INc.焚燒爐和廢物的處理方法：GB1139471A[P].1969-01-08.

[2]VON ROLL AG.廢棄物的焚燒灰處理方法和裝置：JP53144175A[P].1978-12-15.

[3]NIPPON KOKAN KK.堿性飛灰的處理方法：JP06002276B2[P].1994-01-12.

[4]SANTE CORP.焚燒爐含鹽粉塵的處理方法：US4941772A[P].1990-07-17.

[5]東南大學.城市生活垃圾干燥氣化熔融處理方法：CN1115517C[P].2000-12-20.

[6]北京中科潤宇環(huán)保科技股份有限公司.一種垃圾焚燒爐煙氣多種污染物協(xié)同處理工藝方法：CN113262623A[P].2021-08-17.

[7]湖南銳異資環(huán)科技有限公司.一種垃圾焚燒飛灰和含銅污泥的協(xié)同處理方法：CN112795776A[P].2021-05-14.

[8]浙江依諾環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?一種飛灰高溫熔融循環(huán)再利用處理工藝：CN113798307A[P].2021-12-17.

[9]上海康恒環(huán)境股份有限公司.一種垃圾焚燒飛灰和含銅污泥的協(xié)同處理方法：CN11366782A[P].2021-11-19.