劉蓮香(廣州建材企業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510055)

1 前言

自上世紀(jì)90年代以來，由于城市生活垃圾的處理量大幅度提高、政府政策的傾斜和能源緊張等原因，生活垃圾焚燒技術(shù)在國(guó)內(nèi)的城市生活垃圾處理中逐漸得到廣泛應(yīng)用。焚燒法的優(yōu)點(diǎn)在于：焚燒后可使垃圾減容80% ～90%，可解決目前垃圾填埋法土地成本高、容量無(wú)法滿足要求等問題，并可利用垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫回收熱能進(jìn)行利用。但是，焚燒過程將產(chǎn)生大量的飛灰和底灰。城市生活垃圾焚燒后，會(huì)產(chǎn)生約占垃圾焚燒前總量20%～30%的焚燒灰渣，其中約3%為危險(xiǎn)廢物—飛灰，飛灰的有害特性帶來了處置困難。

廣州市某垃圾發(fā)電廠日處理垃圾約為1000噸，日產(chǎn)生飛灰量約為30噸；飛灰含有重金屬和多種有害物質(zhì)，屬危險(xiǎn)廢棄物；該廠垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰采用螯合劑穩(wěn)定化固化處理：具體是將飛灰加入一定配比的螯合劑溶液，與飛灰中重金屬充分反應(yīng)后，再加入一定量的水泥漿，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行定型化；最后運(yùn)往符合環(huán)保要求的處置場(chǎng)地進(jìn)行暫存；飛灰固化后填埋的處置方式，不僅占用大量土地，而且存在有毒物質(zhì)滲出的隱患。飛灰中氯鹽含量較高，氯鹽的大量存在對(duì)穩(wěn)定化產(chǎn)物在填埋場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的形態(tài)穩(wěn)定存在負(fù)面影響；在飛灰水泥漿中發(fā)現(xiàn)一種類似于硅鋁釩的物質(zhì)，可以導(dǎo)致固化體的抗壓強(qiáng)度大大降低，這些問題必將影響到飛灰產(chǎn)物長(zhǎng)期穩(wěn)定性，存在對(duì)環(huán)境造成二次傷害的隱患。

因此，對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行徹底的穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化處置利用，才是最終的出路。目前，多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家、以及我國(guó)一些研究機(jī)構(gòu)對(duì)飛灰進(jìn)行了資源化利用研究，開發(fā)飛灰的實(shí)用價(jià)值。本文主要介紹在廣州市某陶粒生產(chǎn)企業(yè)，如何將危險(xiǎn)廢物飛灰加入到陶粒生產(chǎn)過程中，找出從運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)成品整個(gè)工藝流程存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，采取一系列工藝措施嚴(yán)格做好各風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的控制，在不影響陶粒傳統(tǒng)性能的前提下，滿足對(duì)飛灰進(jìn)行無(wú)害化、資源化處理，既節(jié)省了投入處置飛灰的財(cái)政資金；又消除了飛灰對(duì)填埋場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境壓力，達(dá)到了在陶粒生產(chǎn)中利用飛灰無(wú)害化處理的目的。

2 陶粒生產(chǎn)中利用飛灰無(wú)害化處理技術(shù)創(chuàng)新方案

本方案涉及陶粒生產(chǎn)和垃圾焚燒飛灰處理技術(shù)領(lǐng)域，研發(fā)出在陶粒生產(chǎn)中利用垃圾焚燒飛灰的技術(shù)創(chuàng)新方法。

2.1 陶粒特性與生產(chǎn)工藝

陶粒屬于人造輕骨料，由于陶粒密度輕、相對(duì)強(qiáng)度高，隔熱、保溫性能好，耐火、抗凍性能好，抗震性能和抗?jié)B性能強(qiáng)等特點(diǎn)，用途廣泛。陶粒生產(chǎn)原料從最初采用天然的粘土、頁(yè)巖為主，已經(jīng)成功改變?yōu)椴捎煤拥烙倌?、造紙污泥等廢棄物、粉煤灰、硫鐵礦渣等工業(yè)廢渣為主要原料，陶粒行業(yè)積累了豐富的利廢經(jīng)驗(yàn)。

本方案研制的陶粒生產(chǎn)線是以粘土質(zhì)材料為原料，采用回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)陶粒，包括計(jì)量配料、攪拌均化、回轉(zhuǎn)窯煅燒、熟料冷卻和分級(jí)篩選等工藝過程。陶粒正常生產(chǎn)時(shí)，投料量約為400噸/日，干基大約是260噸/日，產(chǎn)出陶粒600方/日。產(chǎn)品燒成溫度大約是1200度，尾氣排放溫度大約是140度，物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)大約停留2小時(shí)。

2.2 飛灰特性

飛灰中有害成分主要是鉛、鉻、鎘、汞等重金屬，內(nèi)含有一定濃度的二惡英，而二惡英是一類數(shù)百種的在環(huán)境中高度穩(wěn)定的化合物的總稱，目前被認(rèn)為是危害性較大的危險(xiǎn)廢物。

從理論上分析，垃圾焚燒爐膛溫度在200℃左右時(shí)，二惡英開始形成；而當(dāng)爐溫超過700℃以上時(shí)，開始進(jìn)入二惡英的分解期。若在陶粒廠回轉(zhuǎn)窯1050-1030℃高溫氛圍，保持煙氣在爐膛內(nèi)停留幾微秒，二惡英基本完全分解。

表1 主要原料物化分析結(jié)果%

2.3 技術(shù)創(chuàng)新方案特點(diǎn)

有效地控制和阻止二惡英再產(chǎn)生是對(duì)飛灰進(jìn)行無(wú)害化資源化處理之關(guān)鍵。在陶粒生產(chǎn)中利用垃圾焚燒飛灰之創(chuàng)新方法，其特點(diǎn)在于：在回轉(zhuǎn)窯煅燒過程中，按原料干基比例4%-15%加入垃圾焚燒飛灰。在回轉(zhuǎn)窯煅燒過程中，將垃圾焚燒飛灰噴入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)不低于1000℃的高溫段，同時(shí)控制陶粒燒成溫度為1100—1300℃，物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)停留1.5—2.5小時(shí)。垃圾焚燒飛灰迅速被高溫分解處理，其大部分直接和粘土質(zhì)原料進(jìn)行高溫反應(yīng)形成陶粒。在陶粒高溫煅燒時(shí)，飛灰中有害物質(zhì)在料球中熔融并固化，冷卻后被陶粒的釉質(zhì)外殼包裹，將不再發(fā)生浸出污染。

表2 實(shí)驗(yàn)室試燒配方及陶粒檢驗(yàn)結(jié)果

3 利用飛灰生產(chǎn)陶粒工藝參數(shù)的確定

3.1 飛灰作為在陶粒生產(chǎn)中原料投入的探討

一種原料能否用于陶粒實(shí)際生產(chǎn)，關(guān)鍵是看化學(xué)成分、水分、細(xì)度是否符合要求。飛灰通常為含水率較低的細(xì)小塵粒，化學(xué)成分以硅、鈣、有機(jī)質(zhì)為主，由于鈣質(zhì)成分太高，不大適合作為陶粒生產(chǎn)的主要原料，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究，可以小比例摻入，合理配比形成適合燒制陶粒的生料。主要原料物化分析結(jié)果和陶粒生料合格要求如表1。

3.2 處置飛灰的最佳配方和燒成制度

通過實(shí)驗(yàn)室里調(diào)整原料配比和升溫曲線，進(jìn)行多次試燒，研究處置飛灰的最佳配方和燒成制度。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)主要原料河道淤泥(干基)，添加飛灰(干基)比例為4%-10%，適當(dāng)添加硫鐵礦渣、造紙污泥，有時(shí)添加少量特殊外加劑時(shí)，可以燒制與普通陶粒物理性能相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品。

部份試驗(yàn)結(jié)果(已經(jīng)去除炸裂不成形、熔融過燒或生燒超標(biāo)的失敗例子)如表2。

4 飛灰在陶粒生產(chǎn)應(yīng)用中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)控制

4.1 飛灰在陶粒生產(chǎn)應(yīng)用中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

由于飛灰存在的危害特性，利用飛灰進(jìn)行陶粒生產(chǎn)，必須對(duì)利用飛灰各個(gè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)加以控制，本方案找出了飛灰的運(yùn)輸儲(chǔ)存、投料方式及煙氣粉塵循環(huán)利用等三個(gè)環(huán)節(jié)，其工藝設(shè)計(jì)必須確保這三個(gè)環(huán)節(jié)在利用飛灰生產(chǎn)陶粒的全過程實(shí)行密閉作業(yè)，避免飛灰的逸出而產(chǎn)生二次污染；既使飛灰陶粒產(chǎn)品檢測(cè)達(dá)標(biāo)，又能使煙氣排放達(dá)標(biāo)。

4.2 飛灰投入陶粒生產(chǎn)的方法是安全處置的關(guān)鍵

陶粒生產(chǎn)過程中，有兩種途徑可以加入垃圾焚燒飛灰，一是在原材料混和過程中加入，飛灰和其他原材料從回轉(zhuǎn)窯的窯尾加入，逐步從低溫區(qū)進(jìn)入高溫區(qū)煅燒；另一種是從窯頭的高溫區(qū)噴入，飛灰直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中超過1000度的煅燒區(qū)，垃圾焚燒飛灰迅速被高溫分解處理，其大部分直接和粘土質(zhì)原料進(jìn)行高溫反應(yīng)形成陶粒。后一種途徑相對(duì)更安全，但是操作比較困難，加入的參數(shù)如果不合適，會(huì)增加看火難度以及降低陶粒的質(zhì)量。為了安全利用飛灰進(jìn)行資源化處理，本方案選擇了后一種更安全處置途徑。

利用飛灰生產(chǎn)陶粒的工藝流程如圖1所示。

圖1 飛灰應(yīng)用在陶粒生產(chǎn)中的工藝流程

4.3 飛灰在陶粒生產(chǎn)應(yīng)用中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的控制方法

4.3.1 飛灰的運(yùn)輸儲(chǔ)存

將飛灰從垃圾焚燒發(fā)電廠的儲(chǔ)罐內(nèi)卸載入帶氣力輸送泵的散裝罐車后，車送到陶粒生產(chǎn)車間，泵送入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的立式工作儲(chǔ)罐，全程密閉，確保飛灰轉(zhuǎn)移過程中無(wú)揚(yáng)塵泄露。

4.3.2 飛灰的投料方式

為了防止飛灰投入生產(chǎn)時(shí)的外泄，從密閉貯罐取料時(shí)，采用葉輪給料機(jī)和密閉螺旋輸送機(jī)調(diào)速喂料，采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)飛灰的精確定量噴送窯爐給料，其給料量可根據(jù)工藝要求隨時(shí)通過調(diào)速設(shè)定，通過羅茨風(fēng)機(jī)和低壓管道輸送將飛灰直接噴射入陶粒回轉(zhuǎn)窯窯頭的高溫區(qū)。

4.3.3 利用飛灰生產(chǎn)陶粒煙氣粉塵循環(huán)利用方法

飛灰在1050-1030℃高溫中迅速分解，其中部分混入了從回轉(zhuǎn)窯窯尾加入的生料球，進(jìn)行高溫反應(yīng)生成陶粒；另一部分混合在煙氣中，被窯尾風(fēng)機(jī)抽取經(jīng)過電收塵系統(tǒng)收集，與其它回灰一起輸送到配料工序，再與其它原料混合均化，最終從窯尾進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯燒制陶粒。

5 利用飛灰生產(chǎn)陶粒中試及結(jié)果

按照投入飛灰生產(chǎn)陶粒的工藝要求，進(jìn)行了兩次生產(chǎn)中試，得出的結(jié)果是適量利用飛灰生產(chǎn)陶粒是可行的。

5.1 第一次中試

1)時(shí)間是9：00-12：00，逐步增加飛灰噴入量，其實(shí)際加入量約為2T，噴射加入速度最終定為1.25噸/小時(shí)，產(chǎn)品檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如表3。

表3 第一次中試陶粒檢驗(yàn)結(jié)果

2)通過對(duì)其固體物質(zhì)進(jìn)行樣品采集和成份分析、并對(duì)陶粒進(jìn)行樣品采集并制備浸出液，分析其浸出毒性。如表4、表5。從表中數(shù)據(jù)說明陶粒的浸出毒性未有超出危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)－浸出毒性鑒別GB 5085.3-2007(發(fā)布稿)浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)值。

表4 第一次中試飛灰浸出毒性結(jié)果

表5 第一次中試陶粒浸出毒性結(jié)果

5.2 第二次中試

1)第二次中試是根據(jù)第一次中試確定的最佳原料配方及燒成制度，連續(xù)生產(chǎn)較長(zhǎng)時(shí)間，在穩(wěn)定陶粒生產(chǎn)的同時(shí)檢測(cè)煙氣排放情況。時(shí)間是11：00—15：00，飛灰的加入量基本穩(wěn)定在1.25噸/小時(shí)，飛灰加入量共5T。摻加比例相當(dāng)于干基物料的12%。如表6、表7、表8、表9。

2)根據(jù)國(guó)標(biāo)《輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料》GB/T 17431.1-1998的要求，堆積密度≤400kg/m3，筒壓強(qiáng)度≥1.0MPa，1h吸水率≤20%，陶粒產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，粒級(jí)分布合理，輕質(zhì)高強(qiáng)；通過對(duì)其固體物質(zhì)進(jìn)行樣品采集和成份分析、對(duì)陶粒進(jìn)行樣品采集并制備浸出液，分析其浸出毒性；陶粒的浸出毒性未有超出危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別GB 5085.3-2007(發(fā)布稿)浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)值；通過對(duì)煙囪廢氣進(jìn)行樣品采集和檢測(cè)分析，煙氣排放未有超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 技術(shù)創(chuàng)新方案效果

本技術(shù)創(chuàng)新方案通過對(duì)陶粒、飛灰成分的分析，實(shí)驗(yàn)室多次對(duì)比試驗(yàn)，找到了利用飛灰生產(chǎn)陶粒風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，通過采用優(yōu)化的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)環(huán)節(jié)的工藝控制，以及對(duì)相關(guān)設(shè)備的比例)的工藝要求，將飛灰從陶粒回轉(zhuǎn)窯高溫區(qū)噴入，使飛灰迅速被高溫分解，在料球中熔融并固化，冷卻后被陶粒的釉質(zhì)外殼包裹，不再發(fā)生浸出污染；通過對(duì)陶粒生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格控制，確保陶粒各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)改造，經(jīng)過進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證了在陶粒回轉(zhuǎn)窯高溫段適當(dāng)添加飛灰不會(huì)影響陶粒產(chǎn)品的主要性能，而且在生產(chǎn)試驗(yàn)過程中，窯爐的尾氣排放附合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，沒有產(chǎn)生二次污染；本方案研究結(jié)果是成功的，可對(duì)飛灰進(jìn)行無(wú)害化、資源化處理，環(huán)保效果和社會(huì)效益十分顯著。

表6 第二次中試陶粒檢驗(yàn)結(jié)果

表7 第二次中試陶粒浸出毒性結(jié)果

表8 第二次中試飛灰浸出毒性結(jié)果

表9 第二次中試煙囪廢氣樣品采集和檢測(cè)結(jié)果

該方案的研究結(jié)果有了滲有飛灰陶粒產(chǎn)品的達(dá)標(biāo)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程中的環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為下一階段擴(kuò)大規(guī)模投入飛灰在陶粒生產(chǎn)中的資源綜合利用提供了良好的基礎(chǔ)條件。

7 結(jié) 語(yǔ)

該技術(shù)創(chuàng)新方案的成功，關(guān)鍵是對(duì)飛灰中關(guān)鍵含有二噁英危廢物的分析，把握了二噁英只要在1050-1030℃高溫氛圍停留幾微秒，將有效控制和阻止二惡英的產(chǎn)生，同時(shí)在利用飛灰生產(chǎn)陶粒過程中，成功設(shè)計(jì)了飛灰運(yùn)輸貯存、投放生產(chǎn)及煙氣粉塵循環(huán)利用等環(huán)節(jié)全程密閉的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)控制措施，按照投入飛灰比例不超過12%(干基國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

[1]陸魯，趙由才.生活垃圾焚燒飛灰預(yù)處理與穩(wěn)定化研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程.2005.(5).58-64.

[2]羅春暉，劉振鴻，何琛等.城市生活垃圾焚燒飛灰的穩(wěn)定化技術(shù)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào).2004.(2).130-133.

[3]高亮，張景輝，高建東，張曙光。利用垃圾焚燒飛灰為原料的陶粒及其制備方法：中國(guó)，CN100371287C[P]。2008-02-27