垃圾焚燒飛灰利用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)研究

邢立軍

（中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100032）

焚燒處理屬于固體廢棄物處理中經(jīng)常使用的技術(shù)類型。垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰中含有重金屬無機物和二噁英等有毒的有機物，會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。從現(xiàn)有的飛灰處理技術(shù)應(yīng)用情況來看，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)表現(xiàn)出不少優(yōu)勢特征，不僅可以將飛灰作為水泥的替代材料，還可以對焚燒飛灰中的二噁英做出合理分解，將重金屬熔融固化，減少有害物質(zhì)的不利影響，并且不會產(chǎn)生二次污染的問題，在環(huán)保性、經(jīng)濟性和資源化方面都具有重要的表現(xiàn)，符合國家節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展理念。

1 垃圾焚燒飛灰的概述

1.1 焚燒飛灰的特點

1.1.1 產(chǎn)生量較大

機械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐是我國當前階段實施城市生活垃圾焚燒處理的主要方式。以機械爐排焚燒爐為例，此種爐型所產(chǎn)生的飛灰量整體處于較少水平，含量占據(jù)到爐中廢物總量的3%左右； 而流化床焚燒爐所產(chǎn)生的飛灰量較大，可以占據(jù)到爐中廢物總量的12%左右。焚燒飛灰如果處理不當，容易對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

1.1.2 成分較為復雜

在對城市生活垃圾進行焚燒時，所產(chǎn)生的飛灰中，含有二噁英和重金屬等有害的物質(zhì)，同時也含有Ca、Si、Al、Fe等元素的氧化物，還有C、S、P等元素，這些元素的含量會因季節(jié)的差異、焚燒條件的不同以及煙氣凈化水平的不同而表現(xiàn)出一定的波動性，容易給飛灰的處理造成一定的困難。

2 水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰的技術(shù)工藝

水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰，需要與水洗技術(shù)結(jié)合在一起，以此種方式合理化處理后，降低氯元素對水泥窯的不利用影響，并保證水泥窯的正常生產(chǎn)。焚燒飛灰的原料組成與水泥生料具有一定的相似性，在水泥窯協(xié)同處置中，將焚燒飛灰加入到水泥熟料的煅燒當中，代替水泥的原料來參與到生產(chǎn)當中，可以在有效處置焚燒飛灰的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)水泥的正常生產(chǎn)，是資源循環(huán)利用的重要表現(xiàn)，具有非常強的環(huán)保意義。該項技術(shù)屬當前解決固體廢棄物焚燒飛灰的最優(yōu)選擇，在經(jīng)濟性、環(huán)保性和可靠性等方面都顯示出了巨大優(yōu)勢，是值得優(yōu)化和推廣的廢棄物處置方式。

2.1 焚燒飛灰的水洗系統(tǒng)

在開展焚燒飛灰水洗處理工作時，需要使用專用運輸車對焚燒飛灰進行運輸，將其輸送到管道中，使其進入到飛灰儲倉當中。當焚燒飛灰進入儲倉之后，在經(jīng)過一定的計量后進入到攪拌罐當中，然后與已經(jīng)計量好的水混合在一起，經(jīng)過洗滌處理之后形成料漿，再經(jīng)由固液分離設(shè)備進入到烘干機當中實施烘干處理。經(jīng)過烘干處理的焚燒飛灰需代替部分水泥原料進入到水泥窯當中，剩余的濾液需為后續(xù)的漂洗處理提供介質(zhì)。

焚燒飛灰水洗采用逆流三級漂洗技術(shù)，先使用低氯廢水對高氯飛灰進行一定的漂洗，讓原灰和二級中氯廢水進入制漿池當中，以特定的水灰比為依據(jù)，經(jīng)過攪拌混合之后形成水灰漿，再經(jīng)一級固液分離之后，讓飛灰水的濾渣進入到二級制漿的過程當中，讓高氯廢水進入到水處理的系統(tǒng)當中； 在開展二級制漿的過程當，要對以特定的水灰比來讓三級低氯廢水經(jīng)由攪拌器，實施對焚燒飛灰的漂洗處理，再經(jīng)過二級固液分離之后，水洗的濾渣就會進入到三級制漿的過程當中，并將中氯廢水用于原灰制漿的過程當中； 三級制漿中所使用的蒸餾水需要按照特定水灰比經(jīng)由攪拌混合之后，對焚燒飛灰實施漂洗工作，再經(jīng)過三級固液分離之后，低氯廢水用于二級制漿，最后的脫氯飛灰進入到水泥窯中進行協(xié)同處置。

水洗過程中的洗滌次數(shù)和用水量需要以焚燒飛灰中的氯的含量作為主要依據(jù)，當含氯量處在1%以內(nèi)時，需要對相關(guān)設(shè)備的參數(shù)進行合理的調(diào)節(jié)，依據(jù)水泥窯系統(tǒng)協(xié)同入窯具體依據(jù)來做出適當?shù)恼{(diào)整，讓脫氯飛灰的含水率保持在30%以內(nèi)的水平。一般而言，在經(jīng)過二次水洗之后，已經(jīng)可對焚燒飛灰中含有的Cl進行有效的去除，能夠?qū)︼w灰處理系統(tǒng)的效果進行保證。當進行第三次水洗處理時，Cl的去除率已經(jīng)可以達到95%以上，將其加入到水泥窯中進行協(xié)同處置，就可以獲得較好的工藝效果。

城市生活垃圾焚燒處置時，容易產(chǎn)生含氯量較高的焚燒飛灰，采用三級逆流漂洗的工藝可以對其中氯離子進行有效的去除，在對實際項目開展水洗處理工作時，需要將焚燒飛灰含氯量的高低作為主要的依據(jù)，根據(jù)實際需求來做好相應(yīng)地調(diào)整和優(yōu)化處理。

嬰兒培養(yǎng)箱可以為其提供適宜的溫度和空氣濕度，保持體溫恒定，同時也可以避免在進行臨床操作時的體溫波動，并且可以預防交叉感染。體溫不升患兒、新生兒硬腫癥患兒也需要在嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)進行體溫復溫治療。此外，對于一些特殊感染的患兒、新生兒驚厥、新生兒膿皰瘡等患兒也需要在暖箱內(nèi)進行隔離觀察。

2.2 污水預處理單元

經(jīng)過水洗處理的焚燒飛灰所產(chǎn)生的濾液即廢水水洗液，不僅含有Cl、K、Na等重金屬離子，還含有少量的懸浮物質(zhì)，待其物理沉淀一段時間之后，再配合一定的化學試劑對這些重金屬離子和鈣鎂離子進行沉淀處理，讓其所形成的污泥可以與返回的飛灰濾液一起進入到固液分離裝置當中，繼續(xù)固液分離。飛灰水洗液在歷經(jīng)多道的水處理相關(guān)流程之后，進入到MVR蒸發(fā)系統(tǒng)當中，對其所含有的鹽和水做出分離處理，蒸汽冷凝水就會以清水的形態(tài)繼續(xù)發(fā)揮水洗處理的相關(guān)功能。

2.3 MVR蒸發(fā)系統(tǒng)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)也被稱為多效蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，此系統(tǒng)是將機械式蒸汽壓縮技術(shù)作為基礎(chǔ)，對其自身所產(chǎn)的二次蒸汽進行一定的壓縮，使其溫度和壓力都可以一定的提升，然后以換熱器充當蒸汽來進行使用，對蒸汽的潛能進行充分的利用。

在對MVR系統(tǒng)進行應(yīng)用時，只需要在首次開機時采用外接的方式對系統(tǒng)進行加入處理，讓其可以生成二次蒸汽，之后便不再需要外界的蒸汽提供。另外，MVR蒸發(fā)系統(tǒng)在占地面積比較小，且具有非常強的節(jié)能性特征，將其應(yīng)用在飛灰水洗廢水當中，具有一定的優(yōu)勢。將此項技術(shù)正式應(yīng)用在水洗廢氣的蒸發(fā)制鹽工作之前，被廣泛應(yīng)用在化工和海水淡化的相關(guān)領(lǐng)域當中，并且已經(jīng)具有較為成熟和穩(wěn)定的應(yīng)用。

2.4 水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)

焚燒飛灰在經(jīng)過水洗處理之后，其中Cl、K、Na等重金屬離子都已經(jīng)得到了有效清除，使得其對水泥窯的不利影響降到最低，保證水泥窯處于較為良好的工況當中。將經(jīng)過水洗處理的飛灰和原材料混合一起，經(jīng)由密封管道共同的輸入到水泥窯高溫段，讓其接受半小時的高溫（1400℃） 煅燒處置之后，其中的有機物質(zhì)（二噁英） 會被完全分解。加之水泥窯的窯尾煙氣處于堿性氛圍當中，在經(jīng)過多道吸附之后，已經(jīng)對二次生成二噁英的物質(zhì)進行了有效的抑制，對其再次合成的問題進行有效規(guī)避。而重金屬已經(jīng)被固化在水泥熟料的晶格當中，無法溶解和浸出，不會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，最終實現(xiàn)了無害化和資源化的飛灰處置流程。

3 水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰的技術(shù)優(yōu)勢

3.1 替代了部分原材料

焚燒飛灰的主要成分與水泥原料成分具有極強的相似性，可以使用飛灰來對水泥中的部分原料進行替代。相關(guān)人員將飛灰按照比例加入到水泥生料當中，發(fā)現(xiàn)飛灰替代原料的比例少于5%時，并不會對水泥熟料的各項指標產(chǎn)生不利影響。以此種方式來燒制水泥熟料，不僅可以減少固體廢棄物處理的污染問題，還能對水泥原料的資源進行補充。

3.2 有效去除有機污染物

水泥窯具有溫度高且持續(xù)時間長的特點，與危險廢棄物焚燒的相關(guān)要求相吻合。據(jù)相關(guān)研究的內(nèi)容可知，1100℃以上的溫度的焚燒爐可以對危廢物中有害成分起到分解的效果，并且具有徹底性，不容易導致二次污染的現(xiàn)象。而水泥窯的溫度處于1400℃左右，焚燒飛灰可以得有效的處置，其中所含有的中各類有害成分都會被有效處理。加之水泥窯煙氣在200 ～450℃區(qū)域具有較快的冷卻速度，這就在很大程度上降低了此類物質(zhì)的再次合成的可能性。

3.3 減少酸性有害氣體的排放

當酸性氣體進入到水泥窯中時，因水泥窯本身為堿性氛圍，可以發(fā)揮出一定的吸附和過濾作用，尤其是對穩(wěn)定性強的含Cl有機物可以實現(xiàn)較為明顯的吸附。對SO、HCl和HF可以發(fā)揮出較強的中和性作用，同時也能對酸性物質(zhì)的排放進行有效抑制，在有害氣體的凈化上可發(fā)揮出重要的作用。

3.4 將重金屬的污染程度降至最低

焚燒飛灰雖然與水泥原料中的成分具有一定的相似性，但是若將焚燒飛灰直接地加入到水泥當中形成固化體，未對其中的重金屬和有機污染物進行合理處理，使用起來會對周邊的環(huán)境產(chǎn)生不良影響，容易引發(fā)污染問題。將焚燒飛灰加入到水泥窯中，會產(chǎn)生強烈的氧化反應(yīng)，使得重金屬等元素都受到固化影響，無法還原和溶出，并且在整個過程中也不容易產(chǎn)生灰渣問題，不需要進行二次處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對污染擴散的有效規(guī)避。以焚燒飛灰為替代料而生產(chǎn)出來的礦渣硅酸鹽水泥已經(jīng)成為我國的主要的水泥品種之一，并在市場上廣泛流通，其質(zhì)量和效果都受到了認可，不管是對水泥行業(yè)而言，還是對環(huán)境保護來說，都發(fā)揮出了重要的價值。

3.5 降低焚燒飛灰處置成本

在對焚燒飛灰進行處置時，利用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)可以在很大程度上降低成本，因為可以對水泥窯進行直接的利用，并配有相應(yīng)的處理設(shè)備和煙氣凈化設(shè)施，只需將現(xiàn)有工藝為基礎(chǔ)，進行一定的調(diào)整和優(yōu)化，就可以實現(xiàn)相關(guān)的操作。

4 水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰的實際運行效果

4.1 水洗前后飛灰成分的變化情況

使用水泥窯協(xié)同技術(shù)對焚燒飛灰進行處置時，以最優(yōu)水洗比例為依據(jù)來實施具體的工藝流程，不僅可以實現(xiàn)對固體廢棄物中過量Cl的有效去除，也能讓水洗后的飛灰達到入窯的相關(guān)要求，在節(jié)約用水量上也能發(fā)揮出重要的意義，從而實現(xiàn)水洗處理規(guī)模的降低，以減少投資和運行的費用支出。從以下表1 中可以看出，經(jīng)過水洗的飛灰成分已經(jīng)發(fā)生了一定變化，說明水泥窯協(xié)同處置技術(shù)可以實現(xiàn)對飛灰中Cl、K、Na、S 等有害元素的有效去除。

表1 水洗前后飛灰成分分析（%）

4.2 水洗次數(shù)對水洗效果的影響

對一次水洗、二次水洗和三次水洗所產(chǎn)生的元素影響情況進行簡要分析，具體的影響結(jié)果可以如下表2 所示。將相同的總用水量作為基礎(chǔ)的條件，二次水洗的飛灰對Cl、Na、K所產(chǎn)生的去除效果要高于一次水洗的效果，由此可說明二次水洗能夠?qū)︼w灰進行更好地回收和利用，可以發(fā)揮出更強的效果。

表2 水洗次數(shù)對飛灰中元素的影響（%）

4.3 水洗方式對水洗效果的影響

水洗處理中水量的節(jié)約是需要關(guān)注的內(nèi)容，而水洗方式對其產(chǎn)生影響的重要因素，因此需要對水洗方式所產(chǎn)生的元素影響進行簡要分析。一般是以順流漂洗和逆流漂洗兩種方式來做出對比和分析。從下表3的結(jié)果可以看出，經(jīng)過逆流漂洗之后的飛灰中各元素的含量并沒有明顯的升高現(xiàn)象，但是用水量卻明顯變低，說明逆流漂洗具有節(jié)約用水量的重要特征。

表3 水洗方式對飛灰中元素的影響（%）

4.4 污水預處理單元的處理效果

對飛灰水洗液中的各類元素含量進行一定分析可知（表4 所示），K、Na、Ca等元素以及氯化物的含量處于較高的水平，主要的重金屬為Pb、Ba等，Ca元素及重金屬會對后續(xù)的處理產(chǎn)生一定的影響，因此要經(jīng)物理沉淀后加入化學試劑（NaS +FeSo，NaCO），對原水進行軟化處理，并對原水中的危險成分含量進行降低。

表4 污水預處理單元對重金屬的去除效果（mg·L-1）

4.5 處理飛灰對水泥窯煅燒及產(chǎn)量的影響

沒有經(jīng)過水洗處理的焚燒飛灰，因為受到大量鉀鈉氯等有害成分的影響，會給水泥窯的工況產(chǎn)生一定的影響： 比如，會增加預熱器下料管、五級筒頂部和錐體結(jié)皮現(xiàn)象的發(fā)生概率，此種情況會直接地影響到下料管的直徑范圍，一旦出現(xiàn)結(jié)皮脫落的現(xiàn)象，就會造成阻塞的問題； 還有可能對煙氣脫硝系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，導致噴氨效果的發(fā)生； 熟料提前結(jié)粒的問題也比較容易發(fā)生，會給熟料煅燒的效果產(chǎn)生直接的影響。

焚燒飛灰在經(jīng)過水洗處理之后，其中的K、Na、Cl等有害元素都已經(jīng)被有效去除，不容易對水泥窯的正常煅燒產(chǎn)生不良影響。另外，將飛灰加入到水泥窯中，可以在水泥生產(chǎn)中起到添加脫硫石膏的作用，對改善水泥熟料的硫堿比具有重要的促進作用。總體而言，水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的方式對窯內(nèi)的工況具有較高的要求，需要保持在持續(xù)且穩(wěn)定的運行狀態(tài)當中。

5 結(jié)語

綜上所述，水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰可以對其中的有害成分進行有效去除，且采用三級逆流漂洗技術(shù)來開展飛灰的水洗處理工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對用水量的有效節(jié)約，使得整個水洗過程中所產(chǎn)生的廢水都經(jīng)過循環(huán)后使用，實現(xiàn)完全零排放的目標。經(jīng)過水洗處理的飛灰可以代替部分水泥原料進入到水泥窯中，經(jīng)過高溫煅燒之后，分解其中二噁英等有機毒物，固化重金屬物質(zhì)而不產(chǎn)生污染，真正地實現(xiàn)無害化、資源化、減量化處置，充分地發(fā)揮出該工藝技術(shù)的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，以促進水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。