洪仁華,戚飛鴻
(江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司,江蘇 南京 210009)
生活垃圾焚燒發(fā)電飛灰是指在生活垃圾焚燒發(fā)電過程中, 被煙氣凈化系統(tǒng)捕集到的灰塵以及煙囪底部沉降的底灰[1-2]。 飛灰中含有二噁英和重金屬等有毒有害物質(zhì),其中二噁英為劇毒物質(zhì),具有極強的致癌性。 而飛灰中的重金屬及其化合物,會引起人體重金屬慢性中毒, 嚴重危害環(huán)境及周邊人體健康[3]。
根據(jù)垃圾焚燒原理, 我國生活垃圾焚燒發(fā)電廠的焚燒爐主要有兩種, 分別為機械爐排爐和循環(huán)流化床。 機械爐排爐飛灰產(chǎn)生量約為焚燒垃圾總量的3%左右, 循環(huán)流化床由于在焚燒過程中添加煤粉等助燃物, 飛灰產(chǎn)生量約為焚燒垃圾量的10%[4]。 根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,全國2020 年生活垃圾焚燒總量約為1.7 億噸,飛灰產(chǎn)生量約為510 萬噸。
隨著國內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的蓬勃發(fā)展,越來越多的處置技術(shù)被研發(fā)推廣,目前飛灰處理行業(yè)主要有以下幾種處理方法[5-7]:
穩(wěn)定化填埋是指通過添加穩(wěn)定劑完成飛灰的穩(wěn)定固化,再將固化的飛灰進行填埋。 通過對飛灰固化后12 種重金屬浸出檢測,基本能滿足國家《生活垃圾填埋場控制標準》 對重金屬浸出濃度的要求。其原理是通過穩(wěn)定劑中具有配位能力的硫酰胺類共聚物與過渡態(tài)重金屬離子(或化合物)發(fā)生螯合沉淀反應(yīng),使過渡態(tài)重金屬離子被穩(wěn)定在絮凝沉淀物中。 目前,全國約80%的飛灰采用穩(wěn)定化填埋技術(shù)處理。 該技術(shù)雖然解決了飛灰處理問題,但是占用土地資源,同時穩(wěn)定化填埋形成的絮凝沉淀物的穩(wěn)定性仍需進一步探索。
飛灰高溫熔融是指在燃料爐內(nèi)將飛灰加熱到1 400 ℃,將飛灰熔融,熔融后的飛灰將晶體聚集重排并熔解結(jié)晶,再經(jīng)過冷卻則會形成致密穩(wěn)定的玻璃體,實現(xiàn)飛灰的解毒處理,形成的玻璃體可作為建筑材料。 該方法既解決了飛灰污染環(huán)境、危害人體健康的問題,同時還可以作為建材,做到了無害化、減容化、資源化,已受到廣泛關(guān)注。
高溫燒結(jié)法是將飛灰與黏土、 助熔劑等混合后, 在1 000~1 400 ℃高溫下煅燒使其部分熔融,冷卻后形成燒結(jié)體產(chǎn)物。 飛灰中揮發(fā)性重金屬、可溶鹽等物質(zhì)經(jīng)過高溫煅燒濃縮,在急冷降溫過程中凝結(jié)形成濃縮鹽灰,通過酸洗結(jié)晶工藝回收重金屬和可溶鹽,作為有色金屬冶煉原料及工業(yè)鹽產(chǎn)品對外出售;不易揮發(fā)的重金屬在高溫煅燒過程中通過硅酸鹽反應(yīng)固化在產(chǎn)品礦物晶格中,最終使建材基材的重金屬含量和浸出量雙降低。
高溫燒結(jié)技術(shù)將飛灰煅燒制成陶粒,減少了資源浪費,實現(xiàn)了危險廢物的無害化、資源化處理。該方法在安全處置飛灰的同時,又制成陶粒產(chǎn)品進行下游生產(chǎn),減少了因制備陶粒對原料的開采。
飛灰與石灰石的主要成分相似, 可替代燒制水泥熟料。 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)是將飛灰作為水泥原料,徹底分解二噁英,將重金屬固化在水泥熟料中[8]。飛灰中的鹽分隨溫度降低逐漸轉(zhuǎn)化為固態(tài), 在氣液固相間不斷轉(zhuǎn)化,容易造成結(jié)皮堵塞。目前在飛灰入窯前用水洗,能有效抑制結(jié)皮堵塞。
自國家鼓勵水泥窯協(xié)同處置固體廢物及危險廢物的相關(guān)政策陸續(xù)出臺,水泥窯協(xié)同處置飛灰技術(shù)的關(guān)注度急劇增加,各省水泥廠也陸續(xù)開展水泥窯協(xié)同處置飛灰項目。
危險廢物填埋場填埋是將飛灰用噸袋等容器密閉包裝后,由危險廢物運輸車輛運送至危險廢物填埋場進行填埋處理[9-10]。 該方法是目前飛灰處置最穩(wěn)妥的方法之一。但危廢填埋場的建設(shè)和運營費用較生活垃圾填埋場高,生活垃圾焚燒處理廠在經(jīng)濟上難以平衡,同時該方法處置飛灰達不到節(jié)約土地和循環(huán)利用資源目的,故此方法較少應(yīng)用。
隨著人們環(huán)境保護意識的增強和科學(xué)技術(shù)的進步,未來飛灰的處置應(yīng)無害化和節(jié)約化,盡可能少地占用土地等資源。結(jié)合飛灰處置行業(yè)的客觀情況,飛灰處置發(fā)展方向有:①國家推進的垃圾分類,可以有效減少飛灰中的重金屬等有害物質(zhì),從源頭減少飛灰的危害;②加強垃圾焚燒爐的研發(fā),并加強對入爐焚燒垃圾的控制,減少飛灰產(chǎn)生量;③提升水泥窯協(xié)同處置的能力,從水洗段開始優(yōu)化整個工藝流程,降低飛灰處置費用;④加強飛灰資源化技術(shù)研發(fā),通過高溫熔融、高溫燒結(jié)、水泥窯協(xié)同處置等技術(shù)的應(yīng)用,大力研發(fā)經(jīng)濟、環(huán)保的新技術(shù)。