劉緒紅，李 超

（山西省生態(tài)環(huán)境研究中心，太原 030009）

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垃圾焚燒飛灰處理技術(shù)研究進(jìn)展

劉緒紅，李 超

（山西省生態(tài)環(huán)境研究中心，太原 030009）

摘 要：垃圾焚燒飛灰是公認(rèn)的危險(xiǎn)廢物，其處理處置技術(shù)的研究已成為環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)。綜述了垃圾焚燒飛灰處理領(lǐng)域國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對垃圾焚燒飛灰無害化處理和資源化利用技術(shù)的研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒飛灰；處理技術(shù)；無害化；資源化

隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國生活垃圾的產(chǎn)量以每年8%～10%的速度快速增長。2013年全國僅261個(gè)大、中城市生活垃圾產(chǎn)生量就高達(dá)16，148.81萬噸［1］。目前，我國垃圾處理的方式主要有衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒等。其中，焚燒處理由于減量化效果好和資源利用率高等優(yōu)勢已成為垃圾處理的主流工藝之一。截至2014年底，國內(nèi)運(yùn)行的生活垃圾焚燒廠有199座，處理能力可達(dá)18.9萬噸/日［2］。但是，生活垃圾焚燒后會產(chǎn)生相當(dāng)于原垃圾質(zhì)量3%～20%的焚燒飛灰，并且飛灰在經(jīng)過煙道時(shí)其表面不但會富集高濃度的重金屬，如Pb、Hg、Zn、Cd等，還會吸附焚燒過程中產(chǎn)生的劇毒、強(qiáng)致癌物質(zhì)二英，對環(huán)境具有嚴(yán)重毒害作用，是國內(nèi)外明確規(guī)定的危險(xiǎn)廢物。因此，如何處置基數(shù)龐大、增速極快、危害性極高的垃圾焚燒飛灰成為了亟需解決的重要課題。

本文對飛灰處置技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)就各種處理技術(shù)的優(yōu)勢及存在的問題作了對比分析，為實(shí)際生產(chǎn)中垃圾焚燒飛灰處置方案的比選提供了技術(shù)參考。

1 垃圾焚燒預(yù)處理技術(shù)

垃圾焚燒飛灰處理處置技術(shù)主要有固化穩(wěn)定化、水泥窯協(xié)同處置、高溫熔融、水熱處理等。由于我國垃圾焚燒飛灰中的氯元素含量較高，采用上述技術(shù)直接進(jìn)行處理，不僅會影響重金屬的固化效果，還可能腐蝕水泥窯設(shè)備，降低水泥產(chǎn)品的性能，因此在垃圾焚燒飛灰處理處置前必須進(jìn)行預(yù)處理。

通常采用水洗和酸洗等方式脫除垃圾焚燒飛灰中高含量的氯元素及可溶性鹽。通過預(yù)處理，可明顯縮短固化體的凝結(jié)時(shí)間，提高固化體的抗壓強(qiáng)度，降低固化體系的膨脹率，提高飛灰固化穩(wěn)定化效果［3］。馬保國［4］等對比了水、磷酸和硫酸對焚燒飛灰的預(yù)處理效果，結(jié)果顯示可將原灰中氯元素含量由7.41%分別降至0.46%、0.76% 和0.64%。由此可見，水洗預(yù)處理效果優(yōu)于酸洗，而且水洗過程中能降低飛灰中鈣質(zhì)的流失，避免引入大量的P和S等雜質(zhì)元素。研究還發(fā)現(xiàn)，水洗過程中的最佳液固比為10 ∶ 1，水洗時(shí)間為10min。

然而，水洗預(yù)處理在除氯的同時(shí)會脫除垃圾焚燒飛灰中部分可溶性重金屬，因此水洗液中含有較高濃度的可溶性氯鹽和重金屬離子，直接排放會污染環(huán)境。通常需要先對水洗液進(jìn)行沉淀處理以去除超標(biāo)重金屬，然后利用結(jié)晶的方式對水洗液中高含量的氯化物進(jìn)行回收利用。

2 固化/穩(wěn)定化處理技術(shù)

2.1 固化技術(shù)

垃圾焚燒飛灰固化是將水泥、瀝青等黏結(jié)性材料和飛灰混合，利用其水化或固化作用將重金屬離子包裹進(jìn)堅(jiān)硬的固化體，達(dá)到阻止重金屬離子浸出的目的。宋旭艷等［5］對飛灰固化體系、固化配比、固化體強(qiáng)度及安全性等方面進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示：水泥-飛灰固化體系應(yīng)用范圍最廣，當(dāng)摻入水泥質(zhì)量在40%時(shí)，固化體養(yǎng)護(hù)28天后的抗壓強(qiáng)度可達(dá)10.6MPa，達(dá)到建筑材料的抗壓強(qiáng)度要求（10MPa以上），并且隨著水泥添加量的增加，固化體的強(qiáng)度持續(xù)升高。另外，通過預(yù)處理或添加工業(yè)廢渣、礦渣等輔料的方式也可以增強(qiáng)固化體的環(huán)境安全性和抗壓性能。

由于飛灰固化的設(shè)備簡單、操作方便、處理成本低，目前已是國內(nèi)外主要的飛灰處理方法之一。英國、法國、葡萄牙等發(fā)達(dá)國家主要采用水硬性黏結(jié)材料固化垃圾焚燒飛灰。但固化法需要消耗大量水泥，處理后的增容、增重大，最終填埋體積會增加1.5～2.0倍，質(zhì)量約增加30%，且無法解決二英等有機(jī)物的污染問題。

2.2 穩(wěn)定化技術(shù)

飛灰穩(wěn)定化技術(shù)是通過穩(wěn)定化藥劑與垃圾焚燒飛灰中易滲濾的重金屬反應(yīng)，生成難溶、穩(wěn)定、低毒性物質(zhì)。穩(wěn)定化技術(shù)的關(guān)鍵是穩(wěn)定化藥劑的選擇，日本在高分子螯合劑研發(fā)技術(shù)方面相對成熟，并且有法律明確要求垃圾焚燒飛灰必須經(jīng)過藥劑穩(wěn)定化處理后才能進(jìn)行填埋處置，我國也在著力開發(fā)新型的重金屬螯合劑。目前，市場上常用的穩(wěn)定化藥劑有硫化物、磷酸鹽、石灰等無機(jī)類藥劑和有機(jī)磷酸鹽、有機(jī)硫藥劑、殼聚糖衍生物等有機(jī)類藥劑。較無機(jī)藥劑，有機(jī)類藥劑的穩(wěn)定化效果較好，但成本較高，而且不同螯合劑對重金屬的選擇性也不同，因此生產(chǎn)中常采用藥劑復(fù)配的方式處理飛灰中的重金屬。陳善平等［6］采用無機(jī)磷藥劑和有機(jī)硫系藥劑組合處理垃圾焚燒飛灰，在保證重金屬穩(wěn)定化效果的基礎(chǔ)上，可減少穩(wěn)定化藥劑的使用量，降低穩(wěn)定化成本。

與固化技術(shù)相比，飛灰穩(wěn)定化技術(shù)具有化學(xué)藥劑用量少、幾乎不會增加飛灰質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，但是很難找到一種普遍適用的飛灰穩(wěn)定化藥劑，而且處理后飛灰直接填埋的長期環(huán)境安全性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 固化穩(wěn)定化技術(shù)

固化穩(wěn)定化技術(shù)即先采用螯合劑對飛灰中的重金屬進(jìn)行穩(wěn)定化處理，然后再利用水泥等材料對飛灰進(jìn)行固化處理。采用穩(wěn)定化和固定化協(xié)同作用的方式處理垃圾焚燒飛灰可減少固化穩(wěn)定化藥劑的用量，降低飛灰處置成本，因此已成為我國工程化應(yīng)用的主要飛灰處理技術(shù)之一。劉彥博［7］等研究了先穩(wěn)定化后固化的處理方法，結(jié)果表明當(dāng)穩(wěn)定化藥劑添加量為3%、水泥添加量降至15%時(shí)，處理后的焚燒飛灰即可達(dá)到填埋場的浸出毒性要求。此外，預(yù)處理技術(shù)與固化穩(wěn)定化技術(shù)結(jié)合后可降低50%左右的處理成本，使飛灰處理更加經(jīng)濟(jì)。

3 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

水泥窯協(xié)同處置是將垃圾焚燒飛灰在窯爐中煅燒，從而將有害的重金屬固化在水泥熟料中。該方法運(yùn)行成本低、沒有灰渣二次處理而引起的污染問題、可徹底消除二英等有機(jī)物污染，實(shí)現(xiàn)了飛灰減量化、無害化和資源化處理。此外，由于飛灰部分替代石灰石可降低煅燒過程的消耗，減少了CO2的排放。

1997年日本［8］率先以城市垃圾焚燒飛灰為主要原料生產(chǎn)出了高強(qiáng)度水泥，拉開了水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰的工業(yè)化之路。我國利用水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰的技術(shù)起步較晚，2012年金隅琉璃河水泥公司建成了國內(nèi)首條無害化處置城市垃圾焚燒飛灰的示范線，飛灰年處理能力達(dá)3萬噸［9］。由于我國飛灰中的氯元素含量較高，因此進(jìn)窯協(xié)同處置前一般需要進(jìn)行脫氯處理，而且在水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰的過程中，易揮發(fā)的重金屬及化合物會進(jìn)入煙氣中，需對其進(jìn)行檢測和控制，防止對大氣造成污染。

4 其它處理處置技術(shù)

水熱處理技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，是指在堿性環(huán)境下，向飛灰中添加一定量的硅源、鋁源，在一定溫度、壓力下發(fā)生晶化形成沸石等礦物相，利用礦物相對重金屬的離子交換、吸附、沉淀等物理化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)飛灰的無害化處理。馬曉軍［10］等通過優(yōu)化合成體系配比和工藝，利用飛灰合成了方鈉石礦物，可使處理后的飛灰完全達(dá)到填埋場入場標(biāo)準(zhǔn)，并且殘留液也達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-96）的要求。研究發(fā)現(xiàn)，利用飛灰合成的沸石具有一定的離子交換能力，這表明飛灰合成的沸石具有很好的資源化利用價(jià)值。

“以廢制廢”技術(shù)是飛灰處理處置技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新趨勢。將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水、廢氣、固體廢物等與垃圾焚燒飛灰協(xié)同處理，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)無害化，達(dá)到雙贏的目的。印染廢水、礦山酸性廢水、煙道氣酸性溶液、垃圾滲濾液等均可用于生活垃圾焚燒飛灰的協(xié)同處置中，污泥、礦渣等固體廢物也能與垃圾焚燒飛灰進(jìn)行共處置，實(shí)現(xiàn)變廢為寶、資源化再利用［11］。

5 結(jié)語

目前，飛灰處置技術(shù)呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢，其中固化穩(wěn)定化技術(shù)較為成熟，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)正在普及，高溫熔融技術(shù)等的研究動(dòng)態(tài)不斷更新，“以廢制廢”處理垃圾焚燒飛灰等新的發(fā)展方向也不斷涌現(xiàn)，而且各種技術(shù)分別具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際工程生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仫w灰的特點(diǎn)和實(shí)際情況，充分考慮經(jīng)濟(jì)性、可行性和環(huán)境友好性等多方面的因素來確定垃圾焚燒飛灰的處理處置方案。

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中圖分類號：X701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）06-0049-03

Research Development of Fly Ash Treatment Technology of Refuse Incineration

LIU Xu-hong， LI Chao
（Shanxi Research Center for Eco-environmental Sciences， Taiyuan 030009， China）

Abstract：The paper summarizes the latest research status and development trend on fly ash treatment technology of refuse incineration abroad and at home， so as to provide references for the research on the fly ash harmless treatment and resource utilization of refuse incineration.

Keywords：fly ash of refuse incineration； treatment technology； harmless treatment； recycling utilization