垃圾焚燒飛灰中重金屬與對應的處理技術(shù)研究

孟令軍

（青島市固體廢棄物處置有限責任公司，山東青島 266000）

焚燒垃圾處理具有減容、減重比大、處理速度快、占用土地面積小、回收能源等優(yōu)點。焚燒垃圾產(chǎn)生的固體殘渣主要有飛灰與底灰，其中底灰中重金屬質(zhì)量分數(shù)較少，主要是一些親巖性的金屬，不具備毒害性，焚燒之后的底渣可以作為原材料進行二次利用，比如德國將焚燒之后的底渣來作為路基建設(shè)[1]。但是飛灰中的重金屬有較強的毒性，最常見的5 種重金屬分別為As、Hg、Cd、Cr、Pd，被稱為五毒，這些重金屬在水中不能被分解，甚至還能夠與水中其他的毒素進行結(jié)合成為具有更強毒性的有機物。這些垃圾焚燒之后的飛灰中重金屬對人體的傷害分別為：①砷（As）：該重金屬能夠造成皮膚里的色素沉著，出現(xiàn)角質(zhì)化異常的現(xiàn)象；②鉛（Pd）：該重金屬主要會傷害人的腦細胞，導致癌癥與突變；③鎘（Cd）：該重金屬會容易引起高血壓，進而出現(xiàn)心腦血管疾病，破壞人體的骨鈣，造成腎功能失調(diào)；④汞（Hg）：若是不小心食入該重金屬，會直接沉入人體肝臟，造成大腦神經(jīng)視力的損壞；⑤鉻（Cr）：六價鉻具有強烈的氧化作用，屬于慢性中毒，從局部開始發(fā)展侵蝕人體，從呼吸道開始侵入，最后引發(fā)各種炎癥，如鼻炎、支氣管炎、咽炎等等。鑒于垃圾焚燒的飛灰年產(chǎn)量較大，但是能夠用于處理的填埋場容量已經(jīng)接近飽和狀態(tài)，擴建新的填埋場又不太切合現(xiàn)實，所以垃圾焚燒飛灰的處理已勢在必行[1]。

1 垃圾焚燒飛灰中的重金屬分類

飛灰中的重金屬主要是來自生活垃圾中的彩色報紙、電池、化學溶劑以及塑料產(chǎn)物等等，尤其是廢棄電池含有Hg、Cd，焚燒之后重金屬轉(zhuǎn)移至底灰、煙氣與飛灰中，但是煙氣由于有凈化設(shè)施，帶來的傷害極低，所以飛灰就成為重金屬的主要載體。焚燒之后的飛灰中重金屬的含量可以達到0.5%～3%。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)調(diào)查重點關(guān)注的重金屬一共有12 種，并且將這些重金屬分成4 個類別，第一類主要是Co、Cr、Cu等等比較不容易揮發(fā)的重金屬，這些重金屬有九成以上被殘留在底渣里，剩下的大部分被殘留于飛灰中，煙氣中占有的比例非常小。第二類是砷、鉛、鋅等等容易揮發(fā)并凝結(jié)的重金屬，這些重金屬有五成到六成會被殘留在底渣當中，剩下的部分被揮發(fā)并且在飛灰的表面形成凝結(jié)狀態(tài)。第三類是汞，該重金屬容易揮發(fā)確難以凝結(jié)，只有約5%存留于底渣中，約四分之一被吸附在飛灰當中。第四類是鎘，容易揮發(fā)同時也容易凝結(jié)，只有約10%存留于底渣中，剩下的部分基本都進入到焚燒之后的飛灰中。從目前的數(shù)據(jù)顯示城市生活垃圾焚燒之后的飛灰中含有的重金屬主要分為8 種，分別是鋅、砷、鉛、鎘、鉻、汞、錫、鎳，這些重金屬同時也是土壤環(huán)境質(zhì)量標準的重點關(guān)注元素。此外，不同城市的不同垃圾焚燒廠產(chǎn)生的飛灰中含有的重金屬和含有量都不相同，這些含量與焚燒廠的焚燒溫度等方面都有一定關(guān)系[2]。

2 垃圾焚燒飛灰的無害化處理

2.1 燒結(jié)處理與高溫熔融

垃圾焚燒飛灰中的有機物能夠在高溫的反應之下來進行降解，所以可以通過熱處理技術(shù)來降低飛灰中的有害重金屬，在熱處理的過程中將重金屬固定在致密程度高的結(jié)構(gòu)體內(nèi)。熱處理一般包括燒結(jié)與熔融，熔融的溫度一般為1400℃，而燒結(jié)的溫度大部分都控制在1100℃，根據(jù)溫度的不同處理不同的重金屬。熱處理之后的產(chǎn)物具有更加穩(wěn)定的化學性質(zhì)，體積也變得更小。在現(xiàn)階段最常見的熱處理技術(shù)是熔融法，該技術(shù)的設(shè)備投資較大、耗費的能源較高，并且焚燒之后的分灰在進行高溫熔融之前需要干燥處理，這些需要復雜的工藝，并且其中的汞、鋅等重金屬在遇到高溫時容易揮發(fā)，這在后續(xù)還需要進行煙氣處理，處理的成本過高，處理過程復雜，不適合大規(guī)模的推廣運用。

2.2 固化—穩(wěn)定化處理

重金屬的穩(wěn)定化處理主要是將化學添加劑與產(chǎn)生的污染物相結(jié)合，將這些污染物轉(zhuǎn)化變成具有固化的化學性質(zhì)形態(tài)，減少污染物的毒性與遷移性等的過程。固化同樣也是利用污染物和惰性材料進行結(jié)合讓污染物變成固體，有效的阻止污染物在環(huán)境中的繼續(xù)擴散和遷移。固化與穩(wěn)定化處理各有不同，但是為了能夠達到最好的處理效果，在實踐中經(jīng)常將這兩種處理方法搭配使用，比如水泥藥劑固化—穩(wěn)定化，水泥在固化的過程中，飛灰中含有的重金屬經(jīng)過吸附、鈍化、化學吸收等方式與水泥發(fā)生化學反應，最后變成氫氧化物的形式停留在表面，此時可以適當加入一些水泥提供重金屬的堿性附著環(huán)境，有效抑制重金屬的持續(xù)浸出，最終達到穩(wěn)定重金屬的目的。水泥固化處理能夠有效的減低重金屬對環(huán)境造成的二次污染，并且藥劑成本也不高，但是水泥固化處理的過程中，飛灰中含有的二惡英沒有被完全脫除，若是飛灰中含有特殊的鹽類，還會造成固化體出現(xiàn)破裂的問題，致使有機物的分解出現(xiàn)裂隙，增加了重金屬的滲透性，最后降低整個結(jié)構(gòu)的處理效率，所以固化穩(wěn)定化處理技術(shù)的應用有一定的局限性。

2.3 化學藥劑穩(wěn)定化處理

化學藥劑穩(wěn)定化處理是將化學藥劑融入到飛灰中，通過化學反應把含有的重金屬轉(zhuǎn)化成無機礦物質(zhì)或者高分子絡(luò)合物，降低飛灰中重金屬的毒性與含量。化學藥劑主要被分成了有機藥劑和無機藥劑，有機藥劑主要是氨基硫代甲酸鹽、月桂醇單質(zhì)磷酸鹽等等，而無機藥劑主要是磷酸鹽、硫化鈉、硫酸亞鐵等等。若是重金屬處于酸性的環(huán)境之中，無機藥劑對該環(huán)境當中的重金屬穩(wěn)定效果不太理想，容易出現(xiàn)浸出現(xiàn)象，所以在近幾年的重金屬處理中著重研究的是有機藥劑的處理，有機藥劑的處理耗費藥劑少，效果穩(wěn)定，但是對相關(guān)的操作管理比較復雜，需要投資較高的費用。又由于焚燒產(chǎn)生的飛灰中的重金屬具有一定的復雜性和多變性，在市面上難以找到一種普遍使用且成本耗費低的化學穩(wěn)定劑[3]。此外化學藥劑穩(wěn)定化處理與水泥固化處理相比，有機螯合劑的價格昂貴，處理成本過大。

2.4 地聚物固化處理技術(shù)

地聚物作為工業(yè)廢渣等物質(zhì)來制作而成的新型材料，主要包含了單硅鋁、雙硅鋁和三硅鋁等，這種材料能夠?qū)⒎贌箫w灰中含有的有毒物質(zhì)和重金屬實現(xiàn)分割并包圍在環(huán)狀的分子之間，這些分子再通過結(jié)合，然后吸附在聚合體里，達到固化的效果。地聚物處理生活垃圾焚燒的飛灰技術(shù)在美國、歐洲和日本等國家都受到了重視，因為地聚物的原材料豐富，成本較低，能夠有效降低污染物。

3 結(jié)語

綜上所述，由于垃圾焚燒之后飛灰中的重金屬毒害性大，對飛灰的處理技術(shù)也越來越受到重視，飛灰的處理也是環(huán)境工程領(lǐng)域需要不斷探索研究的熱門話題。在進行飛灰處理時可以結(jié)合具體實際情況選擇科學的處理技術(shù)，減少飛灰中重金屬帶來的危害，提升城市生活質(zhì)量。