垃圾焚燒飛灰在污染物控制領(lǐng)域中的應(yīng)用探討

邱琪麗，蔣旭光

（1 南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 南京 211167；2 浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實驗室，浙江 杭州 310027）

1 垃圾焚燒飛灰的理化特性

垃圾焚燒飛灰具有含水率低、粒徑不均的特點(diǎn)，粒徑一般小于300μm，通常在100μm 以下。與粉煤灰的球狀結(jié)構(gòu)不同，垃圾焚燒飛灰通常呈現(xiàn)非晶體結(jié)構(gòu)，在掃描電鏡下觀察顯示為多孔的不規(guī)則形貌，如圖1 所示。正是這樣的多孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致飛灰顆粒的比表面積較大，極易吸附焚燒過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性重金屬，且其所含的重金屬也容易滲透到環(huán)境中去。

圖1 垃圾焚燒飛灰的SEM圖

焚燒飛灰的化學(xué)組成主要和入爐垃圾的原始成分有關(guān)，同時還和焚燒設(shè)備及其操作條件、尾部煙氣處理環(huán)節(jié)密切相關(guān)。垃圾焚燒爐內(nèi)所特有的強(qiáng)氧化環(huán)境，使得氧化物構(gòu)成了焚燒飛灰的主要組成成分，其中含量較高的物質(zhì)主要有CaO、SiO、AlO和FeO等，含量較低的物質(zhì)主要有MgO、SO、TiO、PO、KO、NaO等。表1總結(jié)了一些研究中垃圾焚燒飛灰的主要化學(xué)成分。

表1 文獻(xiàn)報道的垃圾焚燒飛灰主要化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由表1 可見，CaO 和SiO是垃圾焚燒飛灰中含量較高的組分。Ca 含量高的主要原因是我國城市生活垃圾焚燒廠通常選擇“半干法-活性炭噴射-布袋除塵器”的煙氣處理工藝，在半干法脫酸工藝中利用噴嘴或旋轉(zhuǎn)噴霧器將Ca(OH)溶液噴入反應(yīng)器中與酸性氣體進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的顆粒被后續(xù)布袋除塵器捕進(jìn)飛灰中，從而導(dǎo)致飛灰中鈣含量較高。而原始飛灰中的SiO和AlO含量越高，則表明飛灰作為吸附劑再利用的潛力越大，更容易實現(xiàn)飛灰在污染物脫除領(lǐng)域的高效應(yīng)用。

2 污染物控制

目前，垃圾焚燒飛灰的主流處置路徑是經(jīng)水泥或化學(xué)螯合劑固化/穩(wěn)定后，運(yùn)送到填埋場處置；而主要的資源化利用研究方向是將其作為水泥類產(chǎn)品的建筑材料，如水泥熟料、生態(tài)水泥等，經(jīng)過一定預(yù)處理后也可作為路基結(jié)構(gòu)層、輕骨料等實現(xiàn)應(yīng)用。垃圾焚燒飛灰之所以沒有實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，主要有以下兩個原因：①飛灰的化學(xué)特性、礦物特性以及形態(tài)特性具有易變性，阻礙了飛灰的直接應(yīng)用；②飛灰在環(huán)境中具有浸出特性，容易造成二次污染。因此，在未來的處理與應(yīng)用中，必須重視飛灰在環(huán)境中的變化以及對周圍環(huán)境長期的、潛在的二次影響。

2.1 原始垃圾焚燒飛灰

粉煤灰中的SiO和AlO含量較高，一般來說SiO含量不低于35%，AlO含量不低于20%，其總量可以高達(dá)85%。而垃圾焚燒飛灰則并不具備這樣的條件，其硅鋁氧化物的總量一般不高于50%。因此，將垃圾焚燒飛灰作為吸附劑進(jìn)行直接利用的效果通常會比粉煤灰差。

2.1.1 重金屬

常見廢水中重金屬的脫除工藝包括離子沉淀、離子交換、吸附法、膜技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)等，其中吸附法具有效率高、能耗低、環(huán)保、可循環(huán)再利用、容易實現(xiàn)大規(guī)模處置等優(yōu)勢，是目前常用的廢水重金屬脫除方法。一般情況下，垃圾焚燒飛灰在乙酸緩沖液等浸取劑的浸提作用下，其重金屬浸出毒性較高，遠(yuǎn)超出生活垃圾填埋場的入場標(biāo)準(zhǔn)。因此，直接將垃圾焚燒飛灰用于重金屬脫除的研究并不多。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所Xue等進(jìn)行了脫除填埋場滲濾液中重金屬的研究，發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰對Zn、Pb、Cr、Cd和Cu等重金屬離子的脫除率為28%～60%，脫除效率由高到低依次為Pb＞Cd＞Zn＞Cu＞Cr。研究認(rèn)為，飛灰對滲濾液中重金屬的吸附機(jī)制為液膜擴(kuò)散控制為主，伴隨著顆粒內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)，該研究證實了飛灰對重金屬存在吸附脫除作用。Sun 等對垃圾焚燒飛灰和煉銅廢水進(jìn)行了共處置研究，將煉銅廢水與垃圾焚燒飛灰以液固比10L/20kg 直接混合，并攪拌5min 使其混合均勻，再在65℃下進(jìn)行24h 干燥處置，最后進(jìn)行研磨過篩，獲得共處置產(chǎn)物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，共處置產(chǎn)物中的Cu浸出含量下降，且煉銅廢水中As的存在可以有效提高共處置產(chǎn)物中Cu、Pb的穩(wěn)定性；而當(dāng)共處置產(chǎn)物與填埋場滲濾液接觸，則可以有效降低Pb、As在填埋場滲濾液中的浸出濃度，但Cu的浸出濃度反而會提高。在早期，也有研究將飛灰作為固化劑來穩(wěn)定、脫除污泥中的重金屬成分，而為了滿足填埋場對抗壓強(qiáng)度的要求，仍需要添加少量普通硅酸鹽水泥，實驗結(jié)果表明，最佳混合比例為45%飛灰、5%水泥以及50%工業(yè)污泥。實現(xiàn)垃圾焚燒飛灰在脫除、穩(wěn)定重金屬中的直接應(yīng)用是一種非常理想化的狀態(tài)，實際上飛灰中有效成分的不足以及本身所具備的重金屬污染特性，都在一定程度上限制了其在重金屬脫除領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

原始飛灰對煙氣中重金屬的吸附機(jī)制研究表明，SiO和未燃盡碳是其中最關(guān)鍵的成分，其在飛灰中的含量對吸附效果起到?jīng)Q定性的影響作用。華北電力大學(xué)的董靜蘭等通過密度泛函理論計算，對飛灰中的活性SiO進(jìn)行了Hg吸附機(jī)制研究。結(jié)果表明，飛灰中所含的無定形、缺陷位SiO對單質(zhì)Hg的吸附作用為較弱的物理吸附，而對于HgCl為較強(qiáng)的化學(xué)吸附作用，且存在較強(qiáng)的共價鍵，同時可以有效實現(xiàn)痕量元素砷的化學(xué)吸附。此外，高正陽等利用相似的理論，也得出了HgS、HgO 團(tuán)簇可以被穩(wěn)定化學(xué)吸附到飛灰中的未燃盡碳表面，且在同樣的吸附條件下，C—O 鍵穩(wěn)定性大于C—S鍵。

2.1.2 含磷廢水

2017 年我國的總磷排放量約為31.54×10t，其來源主要為洗滌劑、生活污水以及工業(yè)廢物等。一方面大量含磷廢液會對環(huán)境生態(tài)造成危害，另一方面農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開含磷肥料，因此在治理磷污染的同時，實現(xiàn)廢液中磷鹽的有效回收是符合可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。目前，利用強(qiáng)吸附性能的礦物資源或工業(yè)固體廢棄物進(jìn)行廢水除磷，受到較為廣泛的關(guān)注和研究。而垃圾焚燒廠的飛灰產(chǎn)量巨大、成本低廉，對磷具有一定的吸附性能，且富集了磷素的產(chǎn)物還可以用作土壤改良劑。利用飛灰實現(xiàn)磷鹽的脫除主要通過飛灰表面與磷鹽之間的物理吸附、沉淀脫除以及化學(xué)吸附過程實現(xiàn)，因此飛灰脫除磷鹽的過程同時具備化學(xué)沉淀法和吸附法的優(yōu)點(diǎn)，操作工藝簡單，可以實現(xiàn)磷鹽的回收利用，但其抗干擾性差，且吸附劑的再生利用存在一定的難度。

鐘山等利用垃圾焚燒飛灰對含磷廢液進(jìn)行除磷研究，發(fā)現(xiàn)在室溫下，0.9g 的飛灰可以對50mL 的含磷廢液（100mg/L）實現(xiàn)99.9%的脫除率。該研究所采用的飛灰比表面積低于6.1m/g，孔隙更是低于0.021cm/g，吸附能力較弱，因此他們認(rèn)為對于磷鹽的脫除主要依賴于化學(xué)沉淀作用。除磷的沉淀反應(yīng)來自于飛灰中的Ca、Fe、Zn等陽離子與磷鹽之間的化學(xué)沉淀，而飛灰除磷的控制步驟是磷鹽與飛灰可溶性產(chǎn)物的內(nèi)擴(kuò)散過程。而楊田田等的研究表明，在0.5g/L 的飛灰投加量下，磷的最大吸附量可達(dá)96.87mg/g，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)需要40h，而其中大于50%的吸附過程在反應(yīng)前2h 內(nèi)完成。該研究認(rèn)為垃圾焚燒飛灰對于含磷廢水的脫除過程以沉淀作用為主，但吸附作用也不可忽略。Gu 等則對含磷廢水的脫除機(jī)制作了較為完整的對比研究，認(rèn)為當(dāng)含磷廢水濃度較低時，除磷過程以沉淀作用為主；而當(dāng)廢液中含磷量高于150mg/L時，吸附作用不可忽略。此外，在垃圾焚燒飛灰處理膜濃縮液的應(yīng)用中，對磷鹽、氨氮的脫除率分別最高可達(dá)84.9%和99.3%。飛灰對磷鹽的去除過程主要包含兩個反應(yīng)機(jī)制，分別是飛灰中鈣離子與磷鹽的沉淀作用以及符合二級動力學(xué)機(jī)制的吸附作用。其中飛灰中Ca(OH)、CaO與溶液中的磷酸氫根離子的反應(yīng)過程為式(1)～式(3)。

不同成分飛灰對磷鹽的脫除作用存在差異。鈣含量較高的飛灰可以更有效實現(xiàn)對磷鹽的脫除，主要產(chǎn)物為透鈣磷石沉淀。研究證明，粉煤灰對磷鹽的最大吸附量與CaO含量呈正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.965。李彥輝研究發(fā)現(xiàn)，以氯鹽、CaCO為主要成分的飛灰在氯鹽的溶解過程中會產(chǎn)生疏松多孔結(jié)構(gòu)，從而能增加接觸面積，并為磷的吸附提供附著點(diǎn)；而以SiO、CaCO為主要成分的飛灰對磷的吸附作用較弱，以鈣鹽與磷鹽的沉淀反應(yīng)為主要的除磷機(jī)理?；谏鲜鲅芯靠梢哉J(rèn)為，飛灰對含磷廢水的凈化作用主要取決于其鈣鹽含量，以及比表面積、孔容積等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

在飛灰除磷后，溶液中的重金屬含量還需要重點(diǎn)關(guān)注。有研究對比了蒸餾水浸出飛灰和除磷廢液中的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)除了在pH 為2 時除磷后廢液中有極少量Mn，其他條件下Pb、Hg、Cr/Cr、Cd、Zn、Mn和Cu等重金屬離子均未檢測到，而蒸餾水浸出液中則能檢測到多種重金屬離子?？梢姡陲w灰脫除磷鹽的過程中，過量的磷鹽還能夠與飛灰原始成分中的金屬離子反應(yīng)生成難溶性的磷酸鹽沉淀。因此，將飛灰應(yīng)用到含磷廢水中，不僅可以脫除磷鹽，還能降低飛灰本身的重金屬浸出濃度。這一研究結(jié)論，對于將垃圾焚燒飛灰直接應(yīng)用于含磷廢水的脫除中具有重要的環(huán)保意義。在合適的工況條件下，有望實現(xiàn)飛灰中重金屬與含磷廢水的共處置。

2.1.3 印染廢水

除了脫除無機(jī)物質(zhì)以外，垃圾焚燒飛灰對于有機(jī)物質(zhì)也有一定的吸附脫除作用，其中研究較多的是印染廢水。印染廢水具有廢水量大、來源復(fù)雜、毒性高、處置困難等特點(diǎn)，目前主要的處理方法有物理化學(xué)法和生物法。其中，生物法主要是利用微生物進(jìn)行降解處理，將廢水中的有機(jī)大分子轉(zhuǎn)化為有機(jī)小分子，又可細(xì)分為厭氧生物處理法、好氧生物處理法、添加菌種法和生物強(qiáng)化技術(shù)等。而本文主要探討的飛灰處置印染廢水則屬于物理化學(xué)法的范疇，通過把廢水中的污染物吸附、沉淀，使之脫離液相。

和飛灰脫除廢水重金屬相似，吸附脫除染料過程的主要影響因素包括pH、飛灰用量、飛灰粒度、溫度以及接觸時間等。一般情況下，飛灰用量越大，對染料的脫色率越高。華南理工大學(xué)周少奇教授團(tuán)隊在該領(lǐng)域做了深入探究，發(fā)現(xiàn)對于亞甲基藍(lán)溶液，當(dāng)pH 為6 時脫色效果最差?？傮w而言，當(dāng)pH 介于2～12 時，對脫色率的影響并不顯著，脫色率波動不超過2%。而增加飛灰用量則對吸附效果影響顯著，當(dāng)用量由1g 增加到5g 時，接觸30min的脫色率可由原先的40%增加到80%，大致規(guī)律為每增加1g 飛灰，脫色率提高10%。當(dāng)反應(yīng)溫度為45℃、接觸時間180min 時，脫色率可高達(dá)99.46%。嚴(yán)密等的研究同樣發(fā)現(xiàn)，1g 原始飛灰對20mL、300mg/L 亞甲基藍(lán)的脫除率接近90%，而在適宜的處置條件下，脫除率更是可以達(dá)到99.9%。而國外對于印染廢水中染料的脫除，主要集中于粉煤灰或改性粉煤灰，針對垃圾焚燒飛灰的研究極少。飛灰顆粒細(xì)小、比表面積大，而且屬于CaO-SiO-SO-AlO體系，含有大量的活性物質(zhì)，具備很強(qiáng)的比表面自由能和吸附活性，因此總體來說，在印染廢水處置方面，原始飛灰具有極佳的脫色效果，飛灰吸附法凈化印染廢水是一種非常高效的物理化學(xué)處置方法。

2.1.4 其他污染物

垃圾焚燒飛灰除了可以用于含有重金屬、磷、染料等污染物的廢水處理以外，還被應(yīng)用于HS、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等有毒有害氣體的吸附，以及廢水中其他無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的去除。

北京大學(xué)徐期勇等研究發(fā)現(xiàn)，垃圾焚燒飛灰可直接用于HS氣體的吸附，同時還可以降低飛灰中的Cd、Pb等重金屬的浸出毒性。在吸附HS過程中，垃圾焚燒飛灰中所含有的重金屬等堿性金屬氧化物起到了關(guān)鍵作用，同時存在物理吸附和化學(xué)吸附過程。而且研究表明相對于粉煤灰，垃圾焚燒飛灰的堿金屬氧化物含量更高，單位質(zhì)量的硫容也更高，具有更強(qiáng)的脫除HS的能力，試驗所采用的兩種垃圾焚燒飛灰的吸附能力分別達(dá)到15.89mg/g和12.59mg/g。

原始飛灰對廢水中其他有機(jī)污染物也有一定的脫除效果，艾恒雨等利用焚燒飛灰協(xié)同去除垃圾滲濾液納濾膜濃縮液中的化學(xué)需氧量（COD），研究結(jié)果表明，在15cm 填料厚度、60mL/h 的淋濾速率下，COD的累積脫除率約為41.4%。此外，Shim等和Lee 等則利用垃圾焚燒飛灰進(jìn)行了吸附VOCs的研究，對氣態(tài)苯的脫除率可達(dá)74%～96%。

2.2 改性垃圾焚燒飛灰

圖2 飛灰的主要改性方法及改性目的

2.2.1 熱處置改性應(yīng)用

Bayuseno 等在添加NaOH 的飛灰水熱產(chǎn)物中檢測到了托貝莫來石、加藤石以及少量羥基磷灰石和方沸石等類沸石物質(zhì)。韓國學(xué)者Shim等和Yoo等同樣以NaOH 作為添加劑，通過水熱的方式實現(xiàn)了對垃圾焚燒飛灰的陽離子交換量（CEC）的提升。Zhang等通過高溫熔融和水熱相結(jié)合的方式，對生活垃圾/煤混燒電廠飛灰進(jìn)行沸石合成，并將沸石產(chǎn)物用于吸附廢水中的Zn。結(jié)果顯示，NaOH濃度、反應(yīng)時間、結(jié)晶時間都會影響沸石的合成，其中NaOH/飛灰質(zhì)量比為1.2∶1、熔融溫度550℃、結(jié)晶溫度90℃、結(jié)晶時間6～10h的條件更有利于沸石X的形成，而在提升堿灰比、結(jié)晶溫度和結(jié)晶時間的情況下，沸石X 會向沸石HS 轉(zhuǎn)變。在最優(yōu)工況下，沸石的CEC 可達(dá)2.5mol/kg。NaOH是目前最常用的堿性添加劑，在水熱過程中，OH可以加速硅鋁源的溶解，進(jìn)而有助于提高水熱溶液中的[SiO]和[Al(OH)]濃度，而Na的存在則有助于提升飛灰-沸石的結(jié)晶速度。此外，飛灰中的Cl可以加速沸石的成核與結(jié)晶成長。

經(jīng)過水熱法的處置，垃圾焚燒飛灰-沸石產(chǎn)物的比表面積、孔容積和吸附能力等相對原始飛灰均有顯著提升。然而，常規(guī)的水熱改性過程所需的反應(yīng)時間長達(dá)數(shù)小時，乃至數(shù)十小時，處置成本仍較為高昂。因此，現(xiàn)階段對于垃圾焚燒飛灰的吸附劑應(yīng)用仍存在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保技術(shù)等方面的不足，縮短水熱時間、提高飛灰吸附性能和重金屬環(huán)境穩(wěn)定性，是實現(xiàn)垃圾焚燒飛灰資源化利用的迫切需求。

因此，在這樣的技術(shù)需求背景下，微波水熱法應(yīng)運(yùn)而生，成為近年來的研究熱點(diǎn)。微波水熱技術(shù)在對飛灰的處置功效方面與傳統(tǒng)水熱法是相似的，只是加熱方式不同。微波加熱所具備的特殊的升溫原理，可以有效縮短反應(yīng)所需時間，加快反應(yīng)速度。有研究表明，微波在對飛灰的輻射初期，0～20min內(nèi)可以有效加速SiO和AlO的溶解，從而縮短沸石形成所需時間。而且微波水熱技術(shù)可以在不影響所合成的沸石品質(zhì)的前提下實現(xiàn)沸石的結(jié)構(gòu)調(diào)控，有效提高沸石的總比表面積及微孔比表面積，降低沸石的粒度，并且可以大幅縮短水熱反應(yīng)時間、降低反應(yīng)能耗。然而現(xiàn)有的微波水熱合成沸石，在飛灰資源化利用方面的研究主要集中在粉煤灰，對于垃圾焚燒飛灰還沒有太多的涉及。在已有研究中，浙江大學(xué)蔣旭光團(tuán)隊對垃圾焚燒飛灰的微波水熱處置研究相對較為全面。他們以NaHPO為水熱添加劑，并通過大量的單一、混合重金屬離子吸附實驗研究及吸附模型擬合，發(fā)現(xiàn)經(jīng)微波水熱處置后的垃圾焚燒飛灰的CEC 可達(dá)0.25mol/kg，這一數(shù)值并不亞于霞石、鈣霞石等人工沸石，在實驗室層面實現(xiàn)了對處置后飛灰進(jìn)行吸附劑應(yīng)用的初步可行性分析。且研究發(fā)現(xiàn)，微波水熱改性飛灰對含磷廢水也有更好的凈化作用。Chen 等則以NaOH 為添加劑，550℃燒結(jié)和100℃微波水熱相結(jié)合的處置方式對垃圾焚燒飛灰進(jìn)行改性研究，獲得的產(chǎn)物CEC 可以達(dá)到0.59mol/kg，這個處置過程既能提高飛灰的安全性和穩(wěn)定性，同時獲得了具有資源化潛力的沸石產(chǎn)物。

其他熱處置技術(shù)，包括熔融、燒結(jié)、玻璃化等，相對水熱處置的能量消耗更大，因此主要被用于垃圾焚燒飛灰的高值資源化，獲得微晶玻璃、陶瓷等高價值產(chǎn)物，在吸附劑制備應(yīng)用方面研究較少。北京化工大學(xué)的王俊等對經(jīng)過水洗、堿洗、酸洗后的垃圾焚燒飛灰進(jìn)行1100℃燒結(jié)處置，獲得多孔吸附材料，可以達(dá)到1.711mg/g的吸附量，而進(jìn)一步采用ZnO改性后，材料的吸附量可達(dá)21.971mg/g。因此，燒結(jié)對改造飛灰的孔隙結(jié)構(gòu)具有重要作用，可以提升其吸附潛力，但由于燒結(jié)所需的溫度較高，往往超過800℃，消耗能量極大，存在經(jīng)濟(jì)性不佳的問題。

2.2.2 其他改性應(yīng)用

和原始飛灰的吸附利用相似，改性飛灰同樣主要用于廢液中的無機(jī)、有機(jī)污染物及大氣污染物等脫除。

在重金屬脫除方面，浙江大學(xué)蔣旭光團(tuán)隊對垃圾焚燒飛灰進(jìn)行了堿性（NaOH）-超聲處置，實現(xiàn)其本身重金屬穩(wěn)定化的同時，還使得改性飛灰具備較高的吸附性能，結(jié)果顯示，對500mg/L 的Cu溶液，改性飛灰的吸附效率超過99%，吸附量可以達(dá)到49.75mg/g。原始飛灰對含磷廢水具有較好的吸附脫除作用，而通過改性可以進(jìn)一步提高其脫除效率。研究表明，1%HSO溶液、2%NaOH溶液以及2%KCl 溶液均可以實現(xiàn)對飛灰的有效改性，其中1%HSO溶液作用下，可以實現(xiàn)對磷鹽的脫除率由72%提升至98%。改性飛灰同樣能提高對亞甲基藍(lán)的脫色效果，周少奇等對飛灰分別進(jìn)行水洗、硫酸洗和乙酸洗處理，再進(jìn)行亞甲基藍(lán)的吸附研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1%HSO和5%乙酸洗預(yù)處理后的飛灰可以實現(xiàn)對亞甲基藍(lán)接近100%的脫色率。值得關(guān)注的是，當(dāng)酸洗液固比大于2時，吸附上清液中的Pb、Cr 的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）中的限值。

在改性垃圾焚燒飛灰脫除SO方面，暫時沒有較多的研究涉及，研究采用溶膠凝膠法，利用粉煤灰制備載錳飛灰吸附劑，以NaBr 為堿性激化劑，同時添加適量的NaOH 和Mn(NO)，可以有效提高改性飛灰的脫硫效率，脫除量達(dá)到23.45mg/g，且再生的吸附劑仍具備與初次獲得的吸附劑相近的脫硫效率。因此，理論上來說，垃圾焚燒飛灰同樣可以通過合適的改性方法實現(xiàn)對SO的脫除。SO的脫除機(jī)制是化學(xué)吸附和物理吸附的共同作用，也就是同時發(fā)生單層吸附和多層吸附過程。因此對飛灰進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械研磨改性，可以有效提高其吸附能力。

3 成本分析與優(yōu)缺點(diǎn)

垃圾焚燒飛灰作為吸附劑進(jìn)行污染物脫除時，顯然使用原始飛灰的處置成本最低，但同時也需要考慮飛灰對污染物的吸附效果，綜合進(jìn)行污染物的凈化能效分析。如果使用后飛灰由危險廢物轉(zhuǎn)變?yōu)橐话愎I(yè)廢物或者是符合生活垃圾填埋標(biāo)準(zhǔn)的廢物，甚至是可以作為建材替代品進(jìn)行資源化繼續(xù)利用，都是較為理想的狀態(tài)。但對于原始飛灰來說，是基本無法實現(xiàn)的。而改性飛灰一方面會增加能耗、藥劑、人工操作等成本，另一方面改性飛灰具備更高利用價值，又能重新創(chuàng)造收益，間接降低了處置成本，尤其是通過熱處置改性的飛灰，在實現(xiàn)污染物脫除的同時，飛灰中毒性物質(zhì)的穩(wěn)定性大幅提高，進(jìn)一步降低其最終處置成本，甚至成為高價值產(chǎn)品。表2總結(jié)了常見的幾種飛灰改性技術(shù)的物料成本和能耗成本，其中水洗、酸洗、堿洗均以液固比2～10、質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～2%作為計算依據(jù)，并分別以HSO、NaOH 這兩種常見的酸堿作為酸洗、堿洗的原料。關(guān)于熱處置相關(guān)的成本計算，可詳見本文作者課題組另一成果中的分析。表3 總結(jié)了幾種主要的飛灰應(yīng)用形式的優(yōu)缺點(diǎn)。

表2 垃圾焚燒飛灰改性過程成本分析[1,18,46,53]

表3 垃圾焚燒飛灰的幾種應(yīng)用形式及優(yōu)缺點(diǎn)對比[18,57,74-75]

4 結(jié)語

垃圾焚燒飛灰作為一種產(chǎn)量逐年增加的危險廢物，存在毒性大、浸出高的特點(diǎn)，因此在資源化綜合利用上存在一定的難度。由于其主要成分與粉煤灰相似，SiO和AlO含量高，使得垃圾焚燒飛灰同樣具有一定的膠凝活性，可以作為吸附劑應(yīng)用到污染物控制領(lǐng)域中。目前垃圾焚燒飛灰在吸附脫除污染物領(lǐng)域的研究尚不成熟，無論是直接利用還是改性后利用，都存在一定的弊端。由于垃圾焚燒飛灰在直接脫除亞甲基藍(lán)、磷鹽等物質(zhì)方面具有較突出的表現(xiàn)，而改性后飛灰的吸附效果顯著增強(qiáng)，尤其是在重金屬脫除方面。因此，針對不同的污染物，需要選擇是否進(jìn)行飛灰改性，用何種改性方式最優(yōu)。