盧圣良

（廣州中和環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

根據(jù)國(guó)家對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的要求，城市垃圾處理廠的建設(shè)是城市規(guī)劃的重要組成部分，且城市生活垃圾的處理要做到“無(wú)害化、減量化、資源化”。雖然大部分城市建設(shè)了垃圾填埋場(chǎng)，但服務(wù)年限均有限。城市區(qū)域內(nèi)生活垃圾的產(chǎn)生和消納之間的矛盾日益凸顯，如何全量化、無(wú)害化處理生活垃圾，是本次研究的重點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外有3 種最常見(jiàn)的生活垃圾處理方式：焚燒、堆肥和衛(wèi)生填埋。除這3 種主要方式外，國(guó)外還有一些正在開發(fā)的新型處理技術(shù)，如化學(xué)/生物處理法、熱解法、填海、堆山造景等方式。

焚燒過(guò)程中排放的飛灰屬危險(xiǎn)廢物，因此飛灰的處置是垃圾無(wú)害化處理過(guò)程中的重要步驟。本研究介紹了國(guó)內(nèi)外固化、穩(wěn)定化、無(wú)害化處理飛灰的主要方法及優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)某市生活垃圾焚燒發(fā)電廠飛灰處理系統(tǒng)工藝進(jìn)行了探索與實(shí)踐。

1 概況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，某市生活垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)量約650 t/d。隨著該市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，生活垃圾產(chǎn)生量也在不斷增加，預(yù)計(jì)生活垃圾產(chǎn)生量接近1000 t/d。

某市生活垃圾焚燒發(fā)電廠擁有兩臺(tái)500 t/d 的機(jī)械爐排焚燒爐，兩臺(tái)中溫次高壓余熱鍋爐（450 ℃，6.4 MPa），一臺(tái)25 MW 中溫次高壓凝汽式汽輪機(jī)（440 ℃，6.2 MPa）及一臺(tái)25 MW 的發(fā)電機(jī)，每天可處理1000 t 生活垃圾。

本廠煙氣凈化系統(tǒng)采用“低氮燃燒和SNCR（爐內(nèi)脫銷）+半干式脫酸+干法噴射+活性炭吸附+布袋除塵”的組合工藝。

工廠的廢水和配套滲濾液經(jīng)處理后可以回用。爐排焚燒爐產(chǎn)生的爐渣是一種常見(jiàn)的廢物，可將其收集后運(yùn)輸?shù)皆撌薪ㄖU棄物及資源化利用廠。由于飛灰為危險(xiǎn)廢物，需要采用化學(xué)藥劑穩(wěn)定化工藝處理并達(dá)到無(wú)害標(biāo)準(zhǔn)后，將其運(yùn)輸至廠區(qū)附近的飛灰填埋場(chǎng)進(jìn)行處理。

2 飛灰處理工藝方案

2.1 熔融穩(wěn)定化技術(shù)

熔融穩(wěn)定化技術(shù)在應(yīng)用中主要有兩種處理方式：燒結(jié)法和高溫熔融法。

2.1.1 燒結(jié)法

燒結(jié)法是一種在高溫下熔化飛灰廢物（如待處理的玻璃薄片、玻璃粉和其他危險(xiǎn)廢物混合造粒）的方法[1]。改變飛灰的物理化學(xué)狀態(tài)后，將其冷卻形成玻璃穩(wěn)定劑，高密度晶體結(jié)構(gòu)可確保固化產(chǎn)物的永久穩(wěn)定性[2]。

燒結(jié)法的優(yōu)點(diǎn)有如下兩點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，在水溶液、酸性溶液和堿性溶液中的滲出率很低。

（2）減容系數(shù)大。

但是燒結(jié)法的裝置比較復(fù)雜，而且該方法需要高溫環(huán)境即需要提供熱能，處理費(fèi)用較高。另外，熔融過(guò)程中也存在重金屬氯化物揮發(fā)的問(wèn)題。

2.1.2 高溫熔融法

高溫熔融法是利用燃料和電能將飛灰熔融至1400 ℃，并將其冷卻形成爐渣的方法[3]。爐渣可以用作建筑材料，因此常運(yùn)用此方法對(duì)大量飛灰進(jìn)行無(wú)害再利用。

除了具備燒結(jié)法的優(yōu)點(diǎn)外，該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠提取優(yōu)質(zhì)建筑材料[4]。然而，為了穩(wěn)定物料，許多材料需要加熱到熔點(diǎn)以上，這需要高能量和高成本。

2.2 水泥穩(wěn)定化技術(shù)

水泥是最常用的穩(wěn)定材料之一，已有100 多年的歷史。水泥穩(wěn)定化是指將水泥和灰按一定比例混合，并加入適量水以穩(wěn)定水泥。在水泥水化過(guò)程中，通過(guò)吸附、化學(xué)吸附、沉淀、離子交換、鈍化等方法實(shí)現(xiàn)飛灰穩(wěn)定化處理。

水泥中的硅酸二鈣、硅酸三鈣通過(guò)水化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CaO·SiO2·mH2O 凝膠和Ca（OH）2·CaO·SiO2·mH2O凝膠，加入飛灰后形成CaO·SiO2穩(wěn)定化物。

使用水泥的優(yōu)點(diǎn)是成本經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)成熟、加工成本低、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單。

但由于水泥的用量大，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定化物增容率高，而且飛灰對(duì)水泥的硬化、抗壓強(qiáng)度等方面存在負(fù)面影響，處理后的砌塊均難以達(dá)到較高的強(qiáng)度，影響后續(xù)的填埋。當(dāng)使用混合水泥穩(wěn)定化技術(shù)處理飛灰和含有大量有機(jī)物的生活垃圾時(shí)，垃圾中有機(jī)物分解產(chǎn)生的酸性物質(zhì)（有機(jī)酸、二氧化碳等）降低了重金屬在穩(wěn)定材料中的穩(wěn)定性，酸雨也可能改變其穩(wěn)定性。

結(jié)果表明，單獨(dú)使用水泥穩(wěn)定化方法會(huì)增加二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)飛灰處理廠的施工和生產(chǎn)要求高，并增加成本。

2.3 化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)

由于常規(guī)的水泥穩(wěn)定化技術(shù)存在缺陷，例如，穩(wěn)定化物重量增加15%～20%以上，體積也隨之增加，進(jìn)而加大了填埋場(chǎng)庫(kù)容壓力，同時(shí)還存在著穩(wěn)定化物受酸侵蝕的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題，使用高效化學(xué)穩(wěn)定劑已成為重金屬?gòu)U物無(wú)害化處理領(lǐng)域一個(gè)新的研究方向。

化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)（也稱為穩(wěn)定技術(shù)）使用具有螯合功能的特殊化合物，主要用于選擇性檢測(cè)和分離金屬離子溶液中的特定金屬離子[5]。

螯合物通常比普通絡(luò)合物更穩(wěn)定，這種結(jié)構(gòu)通常具有5 個(gè)或6 個(gè)元素的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。為了形成更穩(wěn)定的產(chǎn)品，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中最常用的乙二胺四乙酸（EDTA）可以使2 個(gè)氮原子和4 個(gè)羧基氧原子與金屬配合，其中1 個(gè)分子和6 個(gè)金屬離子（鈣）可以被緊緊包裹。

穩(wěn)定劑含有第五族～第七族的配位原子和其他元素，主要元素為O、N、S。

化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）具有很好的穩(wěn)定效果，穩(wěn)定化物達(dá)標(biāo)填埋后，重金屬溶出顧慮小。

（2）有很好的減容率，便于穩(wěn)定化物的運(yùn)輸和填埋處理。

（3）該技術(shù)的工藝較簡(jiǎn)單，化學(xué)藥劑的消耗量不大，場(chǎng)地面積需求也不大。

但是目前該技術(shù)采用的化學(xué)藥劑均為專利產(chǎn)品，造價(jià)較高，采購(gòu)有局限性，而且單獨(dú)采用化學(xué)藥劑，飛灰穩(wěn)定化物[6]成形存在一定困難，其對(duì)藥劑的配制和混煉設(shè)備的要求都較高。

2.4 濕式化學(xué)處理技術(shù)

濕式化學(xué)處理技術(shù)包括酸萃取、堿萃取、生物浸出和廢氣中和碳化等。

其中，酸萃取方法利用各種重金屬在酸性條件下溶解度較高的特性，用硫酸、鹽酸、乙酸和其他酸將鋅或鉛等重金屬?gòu)娘w灰中浸出，尤其是二次飛灰（熔融過(guò)程中產(chǎn)生的粉末），然后回收重金屬。

酸萃取的缺點(diǎn)是重金屬難以提取，而且必須處理過(guò)程中產(chǎn)生的排水、廢物和污泥。因此，目前較少應(yīng)用該方法。

2.5 水泥-化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)

針對(duì)采用單一處理方式均有不足的情況，國(guó)內(nèi)開始研究水泥-化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)[7]。該技術(shù)是在飛灰中同時(shí)添加水泥材料和化學(xué)藥劑，使飛灰中的重金屬離子被捕捉、螯合，最終固定在成形的穩(wěn)定化物中。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的技術(shù)要求不高。

（2）成本較低，所需的水泥用量和穩(wěn)定劑量都較小，購(gòu)置也較方便。

（3）能源消耗小，不需要加熱和電解設(shè)備。

根據(jù)目前類似項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析，水泥-化學(xué)藥劑穩(wěn)定化處理后的飛灰穩(wěn)定化物可作為普通廢物直接填埋，其綜合處理的成本甚至低于水泥穩(wěn)定化成本（水泥穩(wěn)定化物填埋費(fèi)用較高）。

2.6 飛灰處理技術(shù)比較

以上各項(xiàng)技術(shù)均可用于飛灰的穩(wěn)定化，其中較優(yōu)的技術(shù)為水泥-化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)。但由于采用化學(xué)藥劑[8]穩(wěn)定化技術(shù)，即通過(guò)加入化學(xué)藥劑對(duì)飛灰進(jìn)行螯合反應(yīng)，而不采用水泥，可以節(jié)省部分填埋空間。故該廠飛灰處理推薦采用化學(xué)藥劑（螯合劑）穩(wěn)定化技術(shù)。

3 飛灰處理工程技術(shù)方案

3.1 除灰系統(tǒng)

本裝置由半干法反應(yīng)塔和布袋除塵器組成。

3.1.1 飛灰及反應(yīng)物產(chǎn)生量

飛灰和反應(yīng)物可以經(jīng)半干法反應(yīng)塔和布袋除塵器處理后被分離出來(lái)。表1為額定運(yùn)行條件下生活垃圾焚燒發(fā)電廠的飛灰排放量。

表1 飛灰排放量

3.1.2 飛灰收集與輸送

半干法反應(yīng)塔和布袋除塵器灰箱中的飛灰由刮板輸送，再由斗式提升機(jī)輸送至主廠房外的灰箱。

該廠設(shè)置了一個(gè)有效容積為300 m3的灰?guī)?，其容積可以滿足遠(yuǎn)期3 臺(tái)爐正常運(yùn)行時(shí)約7d 的貯存量，灰?guī)毂徊贾迷跓煔鈨艋瘏^(qū)內(nèi)。

3.2 飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)

3.2.1 飛灰穩(wěn)定化方案

穩(wěn)定劑穩(wěn)定化技術(shù)成熟，工藝簡(jiǎn)單，成本低，符合《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）的要求。該廠的飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)采用螯合技術(shù)，使飛灰得到了安全處理。

3.2.2 飛灰穩(wěn)定化處理工藝流程

來(lái)自生活垃圾焚燒發(fā)電廠的飛灰通過(guò)螺旋輸送機(jī)被定量輸送至灰?guī)旌突旌掀鳎w灰在混合器中被混合。同時(shí)，啟動(dòng)螯合稀釋液輸送泵和供水系統(tǒng)，向混合器供應(yīng)螯合劑和水。穩(wěn)定漿液在穩(wěn)定成型機(jī)中形成，之后在養(yǎng)護(hù)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，最后被運(yùn)至飛灰填埋

區(qū)填埋。

3.2.3 設(shè)計(jì)規(guī)模及物料計(jì)算

該廠日產(chǎn)生飛灰約26.40 t，飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)按1 班8 h 作業(yè)記，每小時(shí)需處理約3.3 t 飛灰，建議飛灰穩(wěn)定化處理速度為15 t/h。

飛灰穩(wěn)定化設(shè)備主要有灰?guī)?、盤式定量給料機(jī)、可變速螺旋給料機(jī)、飛灰混煉機(jī)、螯合劑供給裝置和養(yǎng)生皮帶輸送機(jī)。

該裝置采用全密封設(shè)計(jì)，可有效防止飛灰和產(chǎn)生異味，更具環(huán)保性。它還具有空氣交換和加熱系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品穩(wěn)定冷凝并適當(dāng)干燥。

所采用的飛灰穩(wěn)定化工藝中水、螯合劑的添加量建議分別為飛灰量的20%和3%。2×500 t/d 機(jī)組容量飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)的物料消耗量如表2所示。

表2 2×500 t/d 機(jī)組容量飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)的物料消耗量

穩(wěn)定飛灰按照標(biāo)準(zhǔn)《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》（HJ/T 300—2007）進(jìn)行測(cè)試，并按照《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）進(jìn)行達(dá)標(biāo)分析，達(dá)標(biāo)后運(yùn)送飛灰至飛灰填埋場(chǎng)進(jìn)行安全處置。

通過(guò)特殊的運(yùn)輸方式運(yùn)輸飛灰，以防止運(yùn)輸過(guò)程中的泄漏。飛灰穩(wěn)定化物的排灰量如表3所示。

表3 飛灰排灰量（穩(wěn)定化后）

4 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，未來(lái)城市生活垃圾焚燒飛灰的處理水平應(yīng)隨著污染物排放量的增加而不斷提高?；瘜W(xué)藥劑穩(wěn)定化工藝在飛灰達(dá)到無(wú)害水平后將其運(yùn)輸至飛灰填埋場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)安全無(wú)害的處理。