生活垃圾焚燒飛灰特性及重金屬螯合穩(wěn)定/水泥固化處理研究

文_姜微 中節(jié)能（象山）環(huán)保能源有限公司

1 我國的生活垃圾焚燒處理現(xiàn)狀

生活垃圾無害化處理技術(shù)中，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)最具代表性，具有資源利用率高、節(jié)省土地資源和減容大的優(yōu)勢特點，是生活垃圾處理的首選技術(shù)。但是，生活垃圾焚燒會產(chǎn)生飛灰和副產(chǎn)物，如果處理不當(dāng)，直接填埋會誘發(fā)土壤和水體污染，重金屬超標(biāo)。為了提升社會民眾對生活垃圾焚燒技術(shù)的正確認(rèn)知，在2010年確定了發(fā)展生活垃圾焚燒處理技術(shù)的重要性，相關(guān)爭議聲音大大減弱，逐步推動生活垃圾焚燒規(guī)范化發(fā)展。

2 生活垃圾焚燒飛灰處理方法

生活垃圾焚燒會產(chǎn)生飛灰，還會產(chǎn)生煙塵顆粒物、酸性氣體、二噁英以及重金屬揮發(fā)產(chǎn)物等污染物，加劇環(huán)境二次污染。煙氣凈化系統(tǒng)中對酸性氣體凈化處理，會產(chǎn)生鹽類物質(zhì)，二噁英和重金屬揮發(fā)物則附著在煙塵顆粒上。生活垃圾焚燒的飛灰，是煙氣凈化后的殘留物，其中包含二噁英和重金屬等污染物，相較于底灰濃度更高，對環(huán)境危害性更大。因此，需要對飛灰預(yù)處理后方可進(jìn)行下一個環(huán)節(jié)。

2.1 固化處理

固化處理方法是為了保證物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，通過一定的物理和化學(xué)方法對其進(jìn)行處理，借助惰性材料密封有害物質(zhì)。常見的固化材料以水泥為主，還有石灰、玻璃和瀝青等材料。在一定條件下通過減少有害固化廢物形成氫氧化物，減少其遷移率和滲透性，進(jìn)而實現(xiàn)無害化處理。水泥固化處理飛灰，借助水泥水化作用促使重金屬吸收和沉降，將其封存在水泥中。此方式具有成本低、操作簡單的優(yōu)勢，但增容大，飛灰中的二噁英物質(zhì)無法完全去除。

2.2 高溫處理法

此種方法在處理生活垃圾焚燒的飛灰中，包括熔融處理和燒結(jié)處理，前者控制處理溫度在1200～1400℃范圍內(nèi)，后者溫度則控制在1000～1200℃范圍內(nèi)。生活垃圾經(jīng)過高溫焚燒處理后，會形成致密結(jié)晶穩(wěn)固的玻璃固化體，實現(xiàn)重金屬固化。在飛灰熔融處理過程中，垃圾飛灰加熱溫度到1400℃時冷卻，通過氣體散發(fā)，其中包含很多有害物質(zhì)，無機物熔融為玻璃質(zhì)熔渣。此種方法優(yōu)勢表現(xiàn)在處理后的飛灰減容大，可以實現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物資源綜合開發(fā)和利用，將其中有害物質(zhì)充分去除。但同時，此方法成本高，處理濃度較大，極大的影響飛灰處理效果。

2.3 藥劑和水泥協(xié)同穩(wěn)定法

藥劑和水泥協(xié)同穩(wěn)定結(jié)合，其優(yōu)勢鮮明，依據(jù)配合比設(shè)計均勻攪拌混合，實現(xiàn)重金屬離子穩(wěn)定化反應(yīng)，充分吸附鉛、鎘、鋅等有害物質(zhì)，借助水泥實現(xiàn)飛灰包容和固化處理，確保飛灰處理穩(wěn)定。此種方法運行成本較低，可以實現(xiàn)飛灰穩(wěn)定化產(chǎn)物增容，并且全過程操作簡單、便捷。但同時，此種方式重金屬穩(wěn)定性不強，固化強度有所欠缺，還有待進(jìn)一步與優(yōu)化改進(jìn)。

3 生活垃圾焚燒飛灰特性

3.1 含水率

生活垃圾焚燒飛灰是經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)和排放裝置后得到，通過飛灰收集后篩選，但是收集過程中會有枝葉和砂礫等物質(zhì)混入其中。結(jié)合實驗分析，飛灰含水率大概在0.09%～30.24%范圍內(nèi)，多數(shù)飛灰含水率不超過10%，表明高溫焚燒中飛灰水分蒸發(fā)較為完全。伴隨著擱置時間延長，飛灰數(shù)量將會隨之升高，主要是從周圍環(huán)境中所汲取水分。

3.2 飛灰表面形態(tài)

一般情況下，飛灰表面有灰色、灰白色、深灰色和棕色，多數(shù)飛灰顏色趨近于灰色，飛灰顏色變化同自身特性，以及凈化過程中的石灰投加量因素聯(lián)系密切，焚燒效率較高的飛灰為白色，燃燒效率偏低的飛灰則表現(xiàn)為灰黑色。

3.3 pH值

飛灰pH值大約為9～12之間，是由于生活垃圾焚燒飛灰中含有大量重金屬、酸性氣體以及含鈣化合物，焚燒產(chǎn)生的金屬氧化物以及碳酸鹽物質(zhì)，一定程度上會增強飛灰堿性特點。另外，飛灰中的堿金屬元素受到酸性溶液影響，這些堿金屬化合物會形成pH緩沖體系，具有相應(yīng)的酸中和能力。

3.4 主要成分

飛灰中的主要成分包括SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3等，同時飛灰中也要少量的鹽類物質(zhì)。飛灰中當(dāng)屬CaO含量最高，是由于垃圾焚燒發(fā)電主要是借助石灰凈化吸收煙氣酸性氣體導(dǎo)致，飛灰具有一定水硬性特點。飛灰的礦物構(gòu)成多數(shù)為重金屬物質(zhì)。

4 穩(wěn)定固化焚燒飛灰工藝

4.1 水泥固化處理

4.1.1 水泥固化機理

硅酸鹽水泥中包括鐵鋁酸四鈣、硅酸三鈣以及硅酸二鈣等物質(zhì)，還有少量的石膏和礦物質(zhì)。水泥遇水后，C2S和C3S同水發(fā)生水花反應(yīng)，會產(chǎn)生C-S-H，并且會析出Ca（OH）2，C2A和是高反應(yīng)，會產(chǎn)生低硫型氯酸鈣和鈣礬石等物質(zhì)，反應(yīng)公式如下。水泥中成分多樣，并非是同一時間水化，因此時間會影響到抗壓強度，伴隨著時間延長，抗壓強度隨之升高，加快氯酸鹽的水化速度。

4.1.2 水泥固化對重金屬的處理效果

水泥添加量不同，對飛灰的重金屬物質(zhì)處理效果有所不同。飛灰中的Cu、Cd、Ni、Pb和Zn等重金屬物質(zhì)，水泥固化處理后，飛灰中的Cu、Cd、Pb和Zn等重金屬物質(zhì)浸出濃度下降明顯，其中Cd和Zn、Pb重金屬物質(zhì)進(jìn)出濃度下降趨勢最為明顯。由此看來，水泥添加量越多，飛灰浸出毒性越小，通過加入水泥可以高效處理Zn重金屬物質(zhì)，具有較強的固化效果。

4.1.3 飛灰固化處理后抗壓強度

飛灰經(jīng)過固化處理后，需要占用一定土地資源堆積放置，因此底層固化體需要具備較強的支撐力，才可以維持這一狀態(tài)不變，抗壓強度不足，固化體會破碎、坍塌，進(jìn)而影響到最終的固化效果。

4.2 螯合劑協(xié)同水泥固化/穩(wěn)定化

如果水泥添加量保持恒定，加入的螯合劑用量越多，飛灰處理效果越高，其中當(dāng)屬DTC和水泥協(xié)同穩(wěn)定效果最佳。選擇硫化鈉和DTC配置形成的螯合劑，具有復(fù)合性質(zhì)，協(xié)同水泥處理生活垃圾產(chǎn)生的飛灰物質(zhì)，動態(tài)調(diào)整復(fù)合螯合劑用量，最終所取得的飛灰處理效果也是不盡相同的。需要注意的是，單一螯合穩(wěn)定與水泥固化處理的飛灰，即便可以對飛灰重金屬物質(zhì)起到穩(wěn)定/固化作用，但浸出濃度并不符合填埋處理標(biāo)準(zhǔn)。因此，可以選擇藥劑對重金屬螯合作用和水泥水化產(chǎn)物包裹作用下，實現(xiàn)飛灰中重金屬物質(zhì)穩(wěn)定固化處理，充分發(fā)揮螯合劑協(xié)同水泥固化/穩(wěn)定化優(yōu)勢作用，切實處理飛灰處理效果。

5 結(jié)語

生活垃圾焚燒會產(chǎn)生大量的飛灰，其中含有一定的有毒有害物質(zhì)，需要選擇最佳的處理方法，通過螯合劑協(xié)同水泥固化/穩(wěn)定化處理方法，確保處理后的飛灰符合填埋標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)垃圾無害化處理。