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        生活垃圾焚燒飛灰特性及重金屬螯合穩(wěn)定/水泥固化處理研究

        2021-10-19 06:02:36姜微中節(jié)能象山環(huán)保能源有限公司
        節(jié)能與環(huán)保 2021年9期
        關(guān)鍵詞:效果生活

        文_姜微 中節(jié)能(象山)環(huán)保能源有限公司

        1 我國的生活垃圾焚燒處理現(xiàn)狀

        生活垃圾無害化處理技術(shù)中,垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)最具代表性,具有資源利用率高、節(jié)省土地資源和減容大的優(yōu)勢特點(diǎn),是生活垃圾處理的首選技術(shù)。但是,生活垃圾焚燒會產(chǎn)生飛灰和副產(chǎn)物,如果處理不當(dāng),直接填埋會誘發(fā)土壤和水體污染,重金屬超標(biāo)。為了提升社會民眾對生活垃圾焚燒技術(shù)的正確認(rèn)知,在2010年確定了發(fā)展生活垃圾焚燒處理技術(shù)的重要性,相關(guān)爭議聲音大大減弱,逐步推動生活垃圾焚燒規(guī)范化發(fā)展。

        2 生活垃圾焚燒飛灰處理方法

        生活垃圾焚燒會產(chǎn)生飛灰,還會產(chǎn)生煙塵顆粒物、酸性氣體、二噁英以及重金屬揮發(fā)產(chǎn)物等污染物,加劇環(huán)境二次污染。煙氣凈化系統(tǒng)中對酸性氣體凈化處理,會產(chǎn)生鹽類物質(zhì),二噁英和重金屬揮發(fā)物則附著在煙塵顆粒上。生活垃圾焚燒的飛灰,是煙氣凈化后的殘留物,其中包含二噁英和重金屬等污染物,相較于底灰濃度更高,對環(huán)境危害性更大。因此,需要對飛灰預(yù)處理后方可進(jìn)行下一個(gè)環(huán)節(jié)。

        2.1 固化處理

        固化處理方法是為了保證物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定,通過一定的物理和化學(xué)方法對其進(jìn)行處理,借助惰性材料密封有害物質(zhì)。常見的固化材料以水泥為主,還有石灰、玻璃和瀝青等材料。在一定條件下通過減少有害固化廢物形成氫氧化物,減少其遷移率和滲透性,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無害化處理。水泥固化處理飛灰,借助水泥水化作用促使重金屬吸收和沉降,將其封存在水泥中。此方式具有成本低、操作簡單的優(yōu)勢,但增容大,飛灰中的二噁英物質(zhì)無法完全去除。

        2.2 高溫處理法

        此種方法在處理生活垃圾焚燒的飛灰中,包括熔融處理和燒結(jié)處理,前者控制處理溫度在1200~1400℃范圍內(nèi),后者溫度則控制在1000~1200℃范圍內(nèi)。生活垃圾經(jīng)過高溫焚燒處理后,會形成致密結(jié)晶穩(wěn)固的玻璃固化體,實(shí)現(xiàn)重金屬固化。在飛灰熔融處理過程中,垃圾飛灰加熱溫度到1400℃時(shí)冷卻,通過氣體散發(fā),其中包含很多有害物質(zhì),無機(jī)物熔融為玻璃質(zhì)熔渣。此種方法優(yōu)勢表現(xiàn)在處理后的飛灰減容大,可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物資源綜合開發(fā)和利用,將其中有害物質(zhì)充分去除。但同時(shí),此方法成本高,處理濃度較大,極大的影響飛灰處理效果。

        2.3 藥劑和水泥協(xié)同穩(wěn)定法

        藥劑和水泥協(xié)同穩(wěn)定結(jié)合,其優(yōu)勢鮮明,依據(jù)配合比設(shè)計(jì)均勻攪拌混合,實(shí)現(xiàn)重金屬離子穩(wěn)定化反應(yīng),充分吸附鉛、鎘、鋅等有害物質(zhì),借助水泥實(shí)現(xiàn)飛灰包容和固化處理,確保飛灰處理穩(wěn)定。此種方法運(yùn)行成本較低,可以實(shí)現(xiàn)飛灰穩(wěn)定化產(chǎn)物增容,并且全過程操作簡單、便捷。但同時(shí),此種方式重金屬穩(wěn)定性不強(qiáng),固化強(qiáng)度有所欠缺,還有待進(jìn)一步與優(yōu)化改進(jìn)。

        3 生活垃圾焚燒飛灰特性

        3.1 含水率

        生活垃圾焚燒飛灰是經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)和排放裝置后得到,通過飛灰收集后篩選,但是收集過程中會有枝葉和砂礫等物質(zhì)混入其中。結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析,飛灰含水率大概在0.09%~30.24%范圍內(nèi),多數(shù)飛灰含水率不超過10%,表明高溫焚燒中飛灰水分蒸發(fā)較為完全。伴隨著擱置時(shí)間延長,飛灰數(shù)量將會隨之升高,主要是從周圍環(huán)境中所汲取水分。

        3.2 飛灰表面形態(tài)

        一般情況下,飛灰表面有灰色、灰白色、深灰色和棕色,多數(shù)飛灰顏色趨近于灰色,飛灰顏色變化同自身特性,以及凈化過程中的石灰投加量因素聯(lián)系密切,焚燒效率較高的飛灰為白色,燃燒效率偏低的飛灰則表現(xiàn)為灰黑色。

        3.3 pH值

        飛灰pH值大約為9~12之間,是由于生活垃圾焚燒飛灰中含有大量重金屬、酸性氣體以及含鈣化合物,焚燒產(chǎn)生的金屬氧化物以及碳酸鹽物質(zhì),一定程度上會增強(qiáng)飛灰堿性特點(diǎn)。另外,飛灰中的堿金屬元素受到酸性溶液影響,這些堿金屬化合物會形成pH緩沖體系,具有相應(yīng)的酸中和能力。

        3.4 主要成分

        飛灰中的主要成分包括SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3等,同時(shí)飛灰中也要少量的鹽類物質(zhì)。飛灰中當(dāng)屬CaO含量最高,是由于垃圾焚燒發(fā)電主要是借助石灰凈化吸收煙氣酸性氣體導(dǎo)致,飛灰具有一定水硬性特點(diǎn)。飛灰的礦物構(gòu)成多數(shù)為重金屬物質(zhì)。

        4 穩(wěn)定固化焚燒飛灰工藝

        4.1 水泥固化處理

        4.1.1 水泥固化機(jī)理

        硅酸鹽水泥中包括鐵鋁酸四鈣、硅酸三鈣以及硅酸二鈣等物質(zhì),還有少量的石膏和礦物質(zhì)。水泥遇水后,C2S和C3S同水發(fā)生水花反應(yīng),會產(chǎn)生C-S-H,并且會析出Ca(OH)2,C2A和是高反應(yīng),會產(chǎn)生低硫型氯酸鈣和鈣礬石等物質(zhì),反應(yīng)公式如下。水泥中成分多樣,并非是同一時(shí)間水化,因此時(shí)間會影響到抗壓強(qiáng)度,伴隨著時(shí)間延長,抗壓強(qiáng)度隨之升高,加快氯酸鹽的水化速度。

        4.1.2 水泥固化對重金屬的處理效果

        水泥添加量不同,對飛灰的重金屬物質(zhì)處理效果有所不同。飛灰中的Cu、Cd、Ni、Pb和Zn等重金屬物質(zhì),水泥固化處理后,飛灰中的Cu、Cd、Pb和Zn等重金屬物質(zhì)浸出濃度下降明顯,其中Cd和Zn、Pb重金屬物質(zhì)進(jìn)出濃度下降趨勢最為明顯。由此看來,水泥添加量越多,飛灰浸出毒性越小,通過加入水泥可以高效處理Zn重金屬物質(zhì),具有較強(qiáng)的固化效果。

        4.1.3 飛灰固化處理后抗壓強(qiáng)度

        飛灰經(jīng)過固化處理后,需要占用一定土地資源堆積放置,因此底層固化體需要具備較強(qiáng)的支撐力,才可以維持這一狀態(tài)不變,抗壓強(qiáng)度不足,固化體會破碎、坍塌,進(jìn)而影響到最終的固化效果。

        4.2 螯合劑協(xié)同水泥固化/穩(wěn)定化

        如果水泥添加量保持恒定,加入的螯合劑用量越多,飛灰處理效果越高,其中當(dāng)屬DTC和水泥協(xié)同穩(wěn)定效果最佳。選擇硫化鈉和DTC配置形成的螯合劑,具有復(fù)合性質(zhì),協(xié)同水泥處理生活垃圾產(chǎn)生的飛灰物質(zhì),動態(tài)調(diào)整復(fù)合螯合劑用量,最終所取得的飛灰處理效果也是不盡相同的。需要注意的是,單一螯合穩(wěn)定與水泥固化處理的飛灰,即便可以對飛灰重金屬物質(zhì)起到穩(wěn)定/固化作用,但浸出濃度并不符合填埋處理標(biāo)準(zhǔn)。因此,可以選擇藥劑對重金屬螯合作用和水泥水化產(chǎn)物包裹作用下,實(shí)現(xiàn)飛灰中重金屬物質(zhì)穩(wěn)定固化處理,充分發(fā)揮螯合劑協(xié)同水泥固化/穩(wěn)定化優(yōu)勢作用,切實(shí)處理飛灰處理效果。

        5 結(jié)語

        生活垃圾焚燒會產(chǎn)生大量的飛灰,其中含有一定的有毒有害物質(zhì),需要選擇最佳的處理方法,通過螯合劑協(xié)同水泥固化/穩(wěn)定化處理方法,確保處理后的飛灰符合填埋標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)垃圾無害化處理。

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