李一，吳汕，唐曉飛，張軍，周禎麗

（重慶盎瑞悅科技有限公司，重慶 400000）

垃圾焚燒飛灰主要是指垃圾焚燒廠煙氣凈化處理過(guò)程中收集得到固體廢棄物[1]，其危害特性主要在于含有大量重金屬、二噁英等有毒物質(zhì)，管理不當(dāng)可導(dǎo)致重大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，垃圾焚燒飛灰被歸類(lèi)為HW18的危險(xiǎn)廢物。目前，我國(guó)飛灰處理方式主要是以螯合固化衛(wèi)生填埋為主，受制于土地及環(huán)保政策，該方式終將被取代，而近些年來(lái)飛灰建材化利用也引起了廣泛的關(guān)注與研究。

1 垃圾焚燒飛灰的致毒原因分析

1.1 二噁英

二噁英是一類(lèi)性質(zhì)非常穩(wěn)定的親脂性劇毒固體化合物，其對(duì)土壤環(huán)境親和，易在生物體中積累，具有很高的持久性和累積性，經(jīng)食物鏈的放大可對(duì)人類(lèi)健康造成嚴(yán)重的危害。二噁英類(lèi)物質(zhì)是一類(lèi)三環(huán)芳香族有機(jī)物，其毒性與氯原子的取代位置有關(guān)，毒性最強(qiáng)的是2,3,7,8四氯代二苯并對(duì)二噁英（見(jiàn)圖1），其毒性相當(dāng)于砒霜的900倍，具有較高的致癌、致畸、致突作用。國(guó)際癌癥中心已將二噁英列為人類(lèi)一級(jí)致癌物。

圖1 2,3,7,8四氯代二苯-并-對(duì)二噁英

1.2 重金屬

垃圾焚燒飛灰中所含重金屬主要有鉛、鎘、鉻、銅、鋅等，相關(guān)研究表明這些重金屬主要以可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)的形態(tài)存在，在環(huán)境中遇水浸瀝，或酸性條件下很容易被浸出，如此將對(duì)自然環(huán)境和人體健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[2-6]。

2 垃圾焚燒飛灰高溫處理技術(shù)

高溫處理技術(shù)具有減容率高、熔渣性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，垃圾焚燒飛灰經(jīng)高溫處理，二噁英等有機(jī)污染物被徹底分解，重金屬被熔融固化[7]。高溫處理技術(shù)包括燒結(jié)法、熔融法[2,8-9]。

高溫?zé)Y(jié)是將危險(xiǎn)廢物與玻璃質(zhì)等助溶物質(zhì)配混、造粒成型后，在 1 000～1 100 ℃的溫度條件下形成燒結(jié)體，從而實(shí)現(xiàn)重金屬等有害物質(zhì)的固化穩(wěn)定，降低垃圾焚燒飛灰對(duì)環(huán)境的危害[8]。

高溫熔融是指利用燃料能或電能將垃圾焚燒飛灰加熱到1 300 ℃左右的高溫，使其熔融后經(jīng)冷卻形成玻璃體熔渣，從而實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰的無(wú)害化、穩(wěn)定化，還可將殘?jiān)M(jìn)行資源化利用制作建材[8]。

3 高溫焚燒處理技術(shù)

3.1 二噁英去除機(jī)理

垃圾焚燒飛灰中二噁英的形成機(jī)理被認(rèn)為主要是飛灰中的殘?zhí)纪袡C(jī)或無(wú)機(jī)氯在250～400 ℃的低溫下，經(jīng)過(guò)飛灰中含有的某些重金屬（如銅、鐵）等的催化作用而生成。

研究認(rèn)為，二噁英在850 ℃以上高溫、停留時(shí)間大于2 s的條件下就會(huì)完全被分解，但當(dāng)溫度下降，滿足生成條件時(shí)，二噁英將重新生成。

根據(jù)二噁英主要由碳、氫、氧和氯等元素構(gòu)成的分子機(jī)構(gòu)特性，高溫焚燒處理方法采用二次復(fù)合球預(yù)處理技術(shù)，將飛灰、碳粉（生物質(zhì)炭或煤）、吸氯劑（含一定硅、鈣、鎂的物料）按比配混均勻，通過(guò)二次成球系統(tǒng)制成粒徑合適的復(fù)合球團(tuán)。飛灰球團(tuán)在焚燒過(guò)程的高溫作用下（1 100～1 300 ℃），其中的二噁英被分解，產(chǎn)生的氯被吸氯劑吸收反應(yīng)，從而破壞了在低溫條件下二噁英再次合成的物質(zhì)條件，實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰二噁英的徹底去除。

3.2 重金屬解毒機(jī)理

垃圾焚燒飛灰中的鎘、鉛、六價(jià)鉻等重金屬毒性強(qiáng)且很容易浸出，只有降低這類(lèi)重金屬的浸出性才能實(shí)現(xiàn)飛灰的重金屬解毒。

玻璃態(tài)構(gòu)成物具有類(lèi)質(zhì)同象本領(lǐng)，以硅酸鹽玻璃為例，在結(jié)晶硅酸鹽中起關(guān)鍵作用的Si4+離子，能被很多重金屬離子如Fe3+、As4+等所同象置換（同象置換是指性質(zhì)類(lèi)似的原子、離子、離子團(tuán)、配離子等在晶體構(gòu)造中相互置換而形成一種礦物或物相的現(xiàn)象），且同象置換往往是大幅度的，在骨架型結(jié)構(gòu)中Si4+甚至有一半被置換。所以重金屬離子可以通過(guò)置換替代Si4+插入晶格中去，牢牢地嵌在Si-O網(wǎng)格構(gòu)造中，而宏觀的無(wú)定型態(tài)增加了玻璃態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)性，從而促進(jìn)了同象置換發(fā)生的可能性。同時(shí)，玻璃態(tài)物質(zhì)具有良好的熱穩(wěn)定性，且對(duì)各種侵蝕性介質(zhì)都有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，所以包含于玻璃中的金屬元素非常穩(wěn)定，浸出的可能性非常小。

高溫焚燒處理技術(shù)通過(guò)將飛灰制成復(fù)合球團(tuán)，在 1 100～1 300 ℃的高溫條件下，飛灰中的重金屬在助熔劑的作用下被固化于燒結(jié)形成的玻璃態(tài)構(gòu)成物中，從而不再具有浸出毒性，使資源化利用成為可能。

3.3 焚燒原理分析

高溫焚燒處理方法與目前高溫等離子熔融方式不同的是，采用的是一種冶金行業(yè)的設(shè)備，通過(guò)改型升級(jí)作為飛灰的焚燒處理設(shè)備，其主要的焚燒原理是蓄熱焚燒，并結(jié)合其前處理工序——二次物料復(fù)合成球技術(shù)，將飛灰制作成粒徑8～12 mm的二次物料復(fù)合球團(tuán)，再送入焚燒設(shè)備進(jìn)行高溫焚燒處理。

3.3.1 焚燒過(guò)程分析

（1）反應(yīng)過(guò)程主要是添加含C原料作為焚燒燃料，以C的燃燒提供反應(yīng)所需的熱量。（2）整個(gè)燃燒過(guò)程中，料層可分為燃盡層、燃燒層、干燥層、預(yù)熱層和生料層。燃燒層溫度最高，可達(dá)到1100～1 300 ℃，在該層垃圾焚燒飛灰中的重金屬被熔融，二噁英被徹底分解去除。（3）飛灰復(fù)合球團(tuán)按一定料層厚度均勻布料在焚燒裝置中，在（1 200±50）℃的點(diǎn)火溫度下，球團(tuán)料層的表層被點(diǎn)燃，經(jīng)3～5 min的點(diǎn)火作用，形成厚度近5 cm的燃燒層。同時(shí)，在抽風(fēng)機(jī)作用下，料層形成一定的負(fù)壓，飛灰復(fù)合球團(tuán)料層從表層逐漸燃燒至底層，直至全部料層燃盡。

3.3.2 焚燒過(guò)程的自動(dòng)蓄熱現(xiàn)象

高溫焚燒處理技術(shù)的物料燃燒過(guò)程特點(diǎn)是：從料層的表層開(kāi)始進(jìn)行，飛灰復(fù)合球中的碳經(jīng)點(diǎn)火器點(diǎn)燃形成的燃燒層在抽風(fēng)作用下逐步向下推進(jìn)，直至料層底部，完成全部料層的焚燒。燃燒過(guò)程中，由于物料燃燒層產(chǎn)生的熱煙氣在負(fù)壓抽風(fēng)作用下被抽入下層物料，因此熱量被下層物料吸收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下層物料的干燥、預(yù)熱，隨著焚燒過(guò)程的進(jìn)行，燃燒層與下層物料之間逐漸形成一個(gè)動(dòng)態(tài)且相對(duì)穩(wěn)定的熱平衡過(guò)程。

4 高溫焚燒處理技術(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)

高溫焚燒處理技術(shù)經(jīng)過(guò)了系列試驗(yàn)，對(duì)原始飛灰中的二噁英和重金屬浸出進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也對(duì)焚燒后殘?jiān)亩f英含量和重金屬浸出毒性進(jìn)行了檢測(cè)分析。數(shù)據(jù)的分析方式是以送檢第三方資質(zhì)單位進(jìn)行分析。其中重金屬浸出毒性的檢測(cè)分別按照GB5085.3-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》-硫酸硝酸法和GB16889-2008《生活垃圾填埋場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》-醋酸緩沖溶液法進(jìn)行分析，結(jié)果如表1、表2所示（注：表1及表2所列檢測(cè)結(jié)果均是在試驗(yàn)過(guò)程中的樣品按檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分析得出）。

處理后垃圾飛灰重金屬浸出毒性檢測(cè)達(dá)到GB5085.3《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》和GB16889-2008《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)原灰中嚴(yán)重超標(biāo)的鉛、鋅、銅、鎘的去除率均高達(dá)99.5%以上，二噁英去除率達(dá)到98.45%，解毒較為徹底。

表1 浸出毒性檢測(cè)報(bào)告匯總表（硫酸硝酸法）

5 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明高溫焚燒處理技術(shù)具有工程應(yīng)用的可行性，同時(shí)還需對(duì)無(wú)害化后的殘?jiān)M(jìn)行進(jìn)一步的資源化利用研究，考慮到現(xiàn)行國(guó)家法規(guī)的要求，需要在工程應(yīng)用后，進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證工作，取得豁免許可，才能最終突破垃圾飛灰的處置問(wèn)題。

表2 浸出毒性檢測(cè)報(bào)告匯總表（醋酸緩沖溶液法）